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．為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，在500℃下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖所示．
①從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=

 

；
②該反應(yīng)的平衡常數(shù)K為

 

（精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位）．若提高溫度到800℃進(jìn)行達(dá)平衡時(shí)，K值

 

，n（CH₃OH）/n（CO₂）比值

 

（以上兩空填“增大”、“減小”或“不變”）；
③平衡時(shí)CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)ω為

 

；
④若在相同條件下，起始時(shí)加入物質(zhì)的量為：a mol CO₂、bmol H₂和c molCH₃OH、c mol H₂O，達(dá)平衡后，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)仍為ω．則a、b、c的關(guān)系為

 

．
（2）在載人航天器的生態(tài)系統(tǒng)中，不僅要求分離去除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，則陰極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)的量或濃度隨時(shí)間的變化曲線

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）①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=

△c

△t

計(jì)算出v（H₂）；
②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；升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小；CH₃OH減少，CO₂增多；
③根據(jù)平衡時(shí)各組分的濃度進(jìn)行計(jì)算；
④根據(jù)等效平衡進(jìn)行分析計(jì)算；
（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根據(jù)三段式可知，
                   CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始（mol/L）：1       3            0         0
變化（mol/L）：0.75    2.25         0.75      0.75
平衡（mol/L）：0.25    0.75         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）=

2.25mol/L

10min

=0.225mol/（L．min），
故答案為：0.225mol/（L．min）；
②由①可知平衡時(shí)各組分的濃度，所以k=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

=

0.75×0.75

0.25×0.753

=5.33，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，CH₃OH減少，CO₂增多，n（CH₃OH）/n（CO₂）比值減小，
故答案為：5.33；減��；減��；
③由①可知平衡時(shí)各組分的濃度，所以平衡時(shí)CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)ω為：

0.75

0.25+0.75+0.75+0.75

×100%=30%，故答案為：30%；
④CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始時(shí)加入物質(zhì)的量為：a mol CO₂、bmol H₂和c molCH₃OH、c mol H₂O，相當(dāng)于起始加入（a+c）mol CO₂、（b+3c）mol H₂，恒溫恒容，反應(yīng)前后氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)之和不等，達(dá)平衡后，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)仍為ω，說明與原平衡是等效平衡，平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量與原平衡相等，即（a+c）=1，（b+3c）=3，
故答案為：a+c=1，b+3c=3；
（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：該題考查化學(xué)反應(yīng)速率和平衡常數(shù)的計(jì)算、化學(xué)平衡的移動(dòng)、等效平衡、電極反應(yīng)式的書寫等，難度較大，注意等效平衡的條件．