Question

【題目】（題文）含碳物質在日常生活與工業生產上有廣泛的應用。

（1）一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖1所示，寫出電極A中發生的電極方程式_____；

（2）利用光能和光催化劑，可將CO2和H2O(g)轉化為CH4和O2。紫外光照射時，在不同催化劑（I、Ⅱ，Ⅲ）作用下，CH4產量隨光照時間的變化見圖2。在15小時內，CH4的平均生成速率I、Ⅱ和Ⅲ從大到小的順序為______________（填序號）。

（3）以 TiO2/Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉化成乙酸。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率的關系見圖3。乙酸的生成速率主要取決于溫度影響的范圍是______________________；

（4）CO和H2在Cu2O/ZnO作催化劑的條件下發生反應：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)獲得甲醇。向2L的密閉容器中通入1mol CO(g)和2mol H2(g)，發生反應合成甲醇，反應過程中，CH3OH的物質的量（n）與時間（t）及溫度的關系如圖4所示。

①500℃的此反應的平衡常數K=________________；

②據研究，反應過程中起催化作用的為Cu2O，反應體系中含少量的CO2 有利于維持Cu2O的量不變，原因是________________（用化學方程式表示）。

③在500℃恒壓條件下，請在圖4中畫出反應體系中n(CH3OH)隨時間t變化的總趨勢圖________________。

Answer 1

【答案】H2-2e-＋CO32-=CO2＋H2O、CO-2e-＋CO32-=2CO2Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ300℃<T<400℃4Cu2O+CO2Cu+CO2

【解析】

(1)燃料電池工作時，通入燃料的為負極，即CO和H2在負極失去電子發生氧化反應，電極反應為：H2-2e-＋CO32-=CO2＋H2O、CO-2e-＋CO32-=2CO2，故答案為：H2-2e-＋CO32-=CO2＋H2O、CO-2e-＋CO32-=2CO2；

(2)由圖2可知，在0～15h內，甲烷的物質的量變化量為△n(Ⅰ)＜△n(Ⅲ)＜△n(Ⅱ)，故在0～15h內，CH4的平均生成速率Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅰ，故答案為：Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅰ；

(3)根據圖像，溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低，在300℃時失去活性，故以后乙酸的生成速率升高是由溫度升高導致的，故乙酸主要取決于溫度影響的范圍為300℃～400℃，故答案為：300℃～400℃；

(4)①根據圖像，2s后達到平衡，平衡時甲醇的物質的量為0.5mol，濃度為0.25mol/L，

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始(mol/L) 0.5 1 0

反應(mol/L)0.25 0.5 0.25

平衡(mol/L)0.25 0.5 0.25

500℃的此反應的平衡常數K===4，故答案為：4；

②在加熱條件下CO能還原Cu2O使其減少，因此反應體系中含有少量二氧化有利于抑制反應向正反應方向移動，維持Cu2O的量不變，反應方程式為Cu2O+CO2Cu+CO2，故答案為：Cu2O+CO2Cu+CO2；

③合成甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，反應后氣體體積減小，在500℃恒壓條件下，容器體積減小壓強增大，相當于增大了壓強，反應速率加快，達到平衡需要的時間減少，增大壓強，平衡正向移動，甲醇的物質的量增大，圖像為；故答案為：；