随着能源与环境问题越来越被人们关注，碳一化学（C1化学）成为研究的热点．．“碳一化学”即以单质碳及CO、CO2、CH4、CH3OH等含一个碳原子的物质为原料合成工业产品的化学与工艺．（1）

Question

随着能源与环境问题越来越被人们关注，碳一化学（C₁化学）成为研究的热点．．“碳一化学”即以单质碳及CO、CO₂、CH₄、CH₃OH等含一个碳原子的物质为原料合成工业产品的化学与工艺．（1）将CO₂转化成有机物可有效实现碳循环．CO₂转化成有机物的例子很多，如：
a．6CO₂+6H₂O

光合作用

C₆H₁₂O₆
b．CO₂+3H₂

催化剂

△

CH₃OH+H₂O
c．CO₂+CH₄

催化剂

△

CH₃COOH
d．2CO₂+6H₂

催化剂

△

CH₂=CH₂+4H₂O
在以上属于人工转化的反应中，原子利用率最高的是___（填序号）．
（2）CO₂制备甲醇：CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，在体积为1L的密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，测得CO₂（g）和CH₃OH（g）浓度随时间变化如图1所示．
①该反应化学平衡常数K的表达式是___．
②0～9min时间内，该反应的平均反应速率v（H₂）=___．
③在相同条件下，密闭容器的体积缩小至0.5L时，此反应达平衡时放出的热量（Q）可能是___（填字母序号）．
a.0<Q<29.5kJ       b.29.5kJ<Q<36.75kJ
c.36.75kJ<Q<49kJ   d.49kJ<Q<98kJ
④在一定条件下，体系中CO₂的平衡转化率（a）与L和X的关系如图2所示，L和X分别表示温度或压强．
i．X压强的物理量是___．
ii．L₁和L₂的大小关系是___，简述理由：___．
（3）二甲醚（CH₃OCH₃）被称为21世纪的新型燃料，也可替代氟利昂作制冷剂等，对臭氧层无破坏作用．工业上可利用煤的气化产物（水煤气）合成二甲醚．工业上利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下：
a．2H₂（g）+CO（g）⇌CH₃OH（g）△H₁=-90.8kJ•mol^-1
b．2CH₃OH（g）⇌CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ•mol^-1
c．CO（g）+H₂O（g）⇌CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.3kJ•mol^-1
①对于反应b，在温度和容积不变的条件下，能说明该反应已达到平衡状态的是___（填字母）．
a．n（CH₃OH）=n（CH₃OCH₃）=n（H₂O）
b．容器内压强保持不变
c．H₂O（g）的浓度保持不变
d．CH₃OH的消耗速率与CH₃OCH₃的消耗速率之比为2：1
②总反应：3H₂（g）+3CO（g）⇌CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=___．
（4）以KOH溶液为电解质溶液，用二甲醚-空气组成燃料，其中负极的电极反应式为___．
（5）C₁化合物在治理汽车尾气方面也大有可为，如CO、CH₄等在一定条件下均可以与氮氧化物生成无污染的物质．写出CO与氮氧化物（NO_x）在有催化剂的条件下反应的化学方程式___．

Answer 1

（1）a．6CO₂+6H₂O

光合作用

C₆H₁₂O₆，是自然界中实现的转化，原子利用率100%，但不是人工转化，故a不符合；

b．CO₂=3H₂

催化剂

△

CH₃OH+H₂O，反应中原子利用率不是100%，故b不符合；
c．CO₂+CH₄

催化剂

△

CH₃COOH，反应后原子利用率为100%，故c符合；
d.2CO₂+6H₂

催化剂

△

CH₂=CH₂+4H₂反应中原子利用率不是100%，故d不符合
故答案为：c；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（g）+H₂O（g），该反应的平衡常数K=(c(CH3OH)c(H2O))/(c(CO2)c3(H2))，
故答案为：(c(CH3OH)c(H2O))/(c(CO2)c3(H2))；
②图象读取甲醇生成浓度，结合反应速率概念计算甲醇的反应速率=(0.75mol/L)/(9min)，反应速率之比等于化学方程式计量数之比，V（H₂）=3V（CH₃OH（g）=3×(0.75mol/L)/(9min)=0.25mol/L•min，
故答案为：0.25mol/L•min；
③CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，反应达到平衡状态消耗二氧化碳物质的量浓度=1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，物质的量为0.75mol，反应放出热量=49KJ/mol×0.75mol=36.75KJ，反应焓变是指1mol二氧化碳和3mol氢气完全反应放出的热量为49KJ，反应是可逆反应，在体积为1L的密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，反应放热一定小于49KJ，在相同条件下，密闭容器的体积缩小至0.5L时，压强增大，平衡正向进行，反应放出热量会增多，大于36.75KJ，则36.75<Q<49，
故答案为：c；
④CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，反应是气体体积减小的放热反应，
i．温度升高，平衡逆向进行，二氧化碳转化率减小，所以X为温度，L为压强，
故答案为：温度；
ii．温度一定压强增大平衡正向进行二氧化碳转化率增大，所以L₁>L₂，
故答案为：L₁>L₂；温度一定时，增大压强，CO₂平衡转化率增大；
（3）①a．达到平衡时，物质的量不变，不是相等，故a错误；
b．该反应是一个反应前后气体体积不变的反应，无论该反应是否达到平衡状态，压强始终不变，所以不能根据平衡体系的总压判断是否达到平衡状态，故b错误；
c．平衡时各物质的浓度不变，故c正确；
d．CH₃OH的消耗速率与CH₃OCH₃的消耗速率之比为2：1，符合正逆反应速率相等，故d正确；
故选cd，
故答案为：cd；
②a、2H₂（g）+CO（g）⇌CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1
b、2CH₃OH（g）⇌CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ•mol^-1
c、CO（g）+H₂O（g）⇌CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ•mol^-1
由盖斯定律可知，通过a×2+b+c可得所求热反应方程式，3H₂（g）+3CO（g）⇌CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-90.8kJ•mol^-1×2-23.5kJ•mol^-1-41.3kJ•mol^-1=-246.4kJ•mol^-1；
故答案为：-246.4kJ•mol^-1；
（4）燃料电池为燃料作负极失电子发生氧化反应，又电解质溶液为KOH，所以负极电极反应式为：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案为：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
（5）氮氧化物和一氧化碳反应生成氮气和二氧化碳，根据氮元素化合价变化，配平反应的方程式，反应的化学方�