Question

隨著人類對溫室效應(yīng)和資源短缺等問題的重視，如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用CO₂，引起了各國的普遍重視．
（1）目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇．為探究該反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，在體積為l L的密閉容器中，充入1molCO₂和3.25molH₂，一定條件下發(fā)生反應(yīng)，測得CO₂、CH₃OH（g）和H₂O（g）的濃度隨時(shí)問變化如圖所示．

①寫出該工業(yè)方法制取甲醇的化學(xué)方程式：    ．
②從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=    mol/．平衡時(shí)CO₂的轉(zhuǎn)化事為    ．
③該條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)K的值為    ．當(dāng)溫度降低時(shí)K值變大，剮該反應(yīng)的△H    0（填“＜”、“＞”或“=”）
④下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是    ．
A．升高溫度                B．充入He（g）
C．將H₂O（g）從體系中分離    D．用更有效的催化劑
（2）在載人航天器的生態(tài)系統(tǒng)中．不僅要求分離除去CO₂還要求提供充足的O₂?某種電化學(xué)裝置可實(shí)現(xiàn)如下轉(zhuǎn)化：2CO₂=2CO+O₂，CO可用作燃料．已知該反應(yīng)的陽極反應(yīng)為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O．劃陰極反應(yīng)式為：    ．

Answer 1

【答案】分析：（1）①根據(jù)題目內(nèi)容可知，該工業(yè)方法制取甲醇為二氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲醇和水；
②根據(jù)三段式計(jì)算出反應(yīng)混合物各組分的濃度變化量、平衡時(shí)的濃度，根據(jù)v=計(jì)算出v（H₂）；
根據(jù)轉(zhuǎn)化率的定義計(jì)算平衡時(shí)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率；
③平衡常數(shù)等于生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比值，平衡常數(shù)k=；
當(dāng)溫度降低時(shí)K值變大，說明平衡向正反應(yīng)進(jìn)行，溫度降低平衡向放熱反應(yīng)進(jìn)行；
④使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)分析；
（2）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，CO₂被還原生成CO，總反應(yīng)式減去陽極反應(yīng)式得陰極反應(yīng)式．
解答：解：（1）①該工業(yè)方法制取甲醇原理為二氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲醇和水，反應(yīng)方程式為
CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g），
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）；
②根據(jù)三段式計(jì)算
                  CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始（mol/L）：1       3.25           0          0
變化（mol/L）：0.75    2.25           0.75       0.75
平衡（mol/L）：0.25     1             0.75       0.75
從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）==0.225mol/（L．min），
平衡時(shí)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為×100%=75%，
故答案為：0.225mol/（L．min）；75%；
③由②中知平衡時(shí)各組分的濃度，所以k===2.25，
當(dāng)溫度降低時(shí)K值變大，說明平衡向正反應(yīng)進(jìn)行，溫度降低平衡向吸放熱反應(yīng)進(jìn)行，即正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0，
故答案為：2.25；＜；
④使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)：
A．該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故A錯(cuò)誤；
B．充入He氣，參加反應(yīng)的物質(zhì)的濃度不變，平衡不移動(dòng)，故B錯(cuò)誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，生成物濃度減小，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故C正確；
D．用更有效的催化劑，平衡不移動(dòng)，故D錯(cuò)誤；
故答案為：C；
（2）總反應(yīng)式為2CO₂=2CO+O₂，陽極反應(yīng)為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，總反應(yīng)式減去陽極反應(yīng)式得陰極反應(yīng)式，所以陰極反應(yīng)為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-，
故答案為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-．
點(diǎn)評：本題考查較為綜合，涉及反應(yīng)速率、平衡常數(shù)、平衡移動(dòng)以及電化學(xué)等知識，題目難度中等，注意把握影響平衡移動(dòng)的因素以及平衡移動(dòng)方向的判斷．