Question

随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视，如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了各国的普遍重视．
（1）目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇．为探究该反应原理，现进行如下实验，在体积为l L的密闭容器中，充入1molCO₂和3.25molH₂，一定条件下发生反应，测得CO₂、CH₃OH（g）和H₂O（g）的浓度随时问变化如图所示．

①写出该工业方法制取甲醇的化学方程式：    ．
②从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=    mol/．平衡时CO₂的转化事为    ．
③该条件下反应的平衡常数K的值为    ．当温度降低时K值变大，剐该反应的△H    0（填“＜”、“＞”或“=”）
④下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是    ．
A．升高温度                B．充入He（g）
C．将H₂O（g）从体系中分离    D．用更有效的催化剂
（2）在载人航天器的生态系统中．不仅要求分离除去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．划阴极反应式为：    ．

Answer 1

【答案】分析：（1）①根据题目内容可知，该工业方法制取甲醇为二氧化碳与氢气反应生成甲醇和水；
②根据三段式计算出反应混合物各组分的浓度变化量、平衡时的浓度，根据v=计算出v（H₂）；
根据转化率的定义计算平衡时二氧化碳的转化率；
③平衡常数等于生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比值，平衡常数k=；
当温度降低时K值变大，说明平衡向正反应进行，温度降低平衡向放热反应进行；
④使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大应使平衡向正反应方向移动分析；
（2）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．
解答：解：（1）①该工业方法制取甲醇原理为二氧化碳与氢气反应生成甲醇和水，反应方程式为
CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g），
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）；
②根据三段式计算
                  CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）
开始（mol/L）：1       3.25           0          0
变化（mol/L）：0.75    2.25           0.75       0.75
平衡（mol/L）：0.25     1             0.75       0.75
从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）==0.225mol/（L．min），
平衡时二氧化碳的转化率为×100%=75%，
故答案为：0.225mol/（L．min）；75%；
③由②中知平衡时各组分的浓度，所以k===2.25，
当温度降低时K值变大，说明平衡向正反应进行，温度降低平衡向吸放热反应进行，即正反应为放热反应，△H＜0，
故答案为：2.25；＜；
④使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大应使平衡向正反应方向移动：
A．该反应正反应为放热反应，则升高温度平衡向逆反应方向移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）减小，故A错误；
B．充入He气，参加反应的物质的浓度不变，平衡不移动，故B错误；
C．将H₂O（g）从体系中分离，生成物浓度减小，平衡向正反应方向移动，故C正确；
D．用更有效的催化剂，平衡不移动，故D错误；
故答案为：C；
（2）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^-．
点评：本题考查较为综合，涉及反应速率、平衡常数、平衡移动以及电化学等知识，题目难度中等，注意把握影响平衡移动的因素以及平衡移动方向的判断．