Question

降低大气中CO₂的含量及有效利用CO₂，目前已引起各国普遍重视．
（1）在载人航天器的生态系统中，不仅要求分离去除CO₂，还要求提供充足的O₂．某种电化学装置可实现如下转化：2CO₂=2CO+O₂，CO可用作燃料．已知该反应的阳极反应为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，则阴极反应式为

 

．
（2）工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇．为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，在500℃下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）

催化剂

加热、加压

 CH₃OH（g）+H₂O（g）．实验测得CO₂（g）和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图1所示．
①如图2是改变温度时H₂的化学反应速率随时间变化的示意图，则该反应的正反应是

 

（填“吸热”或“放热”）反应．
②500℃达平衡时，CH₃OH的体积分数为

 

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Answer 1

考点：电极反应和电池反应方程式,化学反应速率与化学平衡图象的综合应用

专题：化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）阴极发生还原反应，CO₂被还原生成CO，总反应式减去阳极反应式得阴极反应式；
（2）①升高温度平衡向吸热反应方向移动；
②先根据浓度变化计算平衡时各物质的浓度，CH₃OH的体积分数等于甲醇的物质的量浓度与总物质的量浓度之比；

解答： 解：（1）总反应式为2CO₂=2CO+O₂，阳极反应为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，总反应式减去阳极反应式得阴极反应式，所以阴极反应为：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-，
故答案为：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-；
（2）①根据图象知，升高温度，逆反应速率大于正反应速率，平衡向逆反应方向移动，则正反应是放热反应，故答案为：放热；
②开始时c（CO₂）=1mol/L、c（H₂）=3mol/L，平衡时c（CO₂）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=c（H₂O）=0.75mol/L，则c（H₂）=3mol/L-0.75mol/L×3=0.75mol/L，CH₃OH的体积分数等于甲醇的物质的量浓度与总物质的量浓度之比，所以甲醇的体积分数=

0.75mol

(0.25+0.75+0.75+0.75)mol/L

×100%=30%，
故答案为：30%．

点评：本题考查了电解原理、化学平衡的有关计算等知识点，根据温度对可逆反应平衡移动方向影响来确定反应热，根据三行式计算是重点，题目难度中等．