Question

19．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)進行如下實驗，
在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定條件下發(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）=0.225mol/（L•min）．
②該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$．
③下列措施中能使 n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是CD．
A．升高溫度                    B．充入He（g），使體系壓強增大
C．將H₂O（g）從體系中分離        D．再充入1molCO₂和3molH₂
（2）①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：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-．
②有人提出，可以設(shè)計反應(yīng)2CO═2C+O₂（△H＞0、△S＜0）來消除CO的污染．請你判斷是否可行并說出理由：不可行；該反應(yīng)是一個焓增、熵減的反應(yīng)，任何情況下不能自發(fā)進行．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算；
②根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積計算；
③要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動；
（2）①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；
②根據(jù)△G的大小判斷反應(yīng)能否進行．

解答 解：（1）①利用三段式解題法計算    
             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）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225 mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.225；
②平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，則K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，故答案為：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
③要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動，
A．因正反應(yīng)放熱，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，則n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故A錯誤；
B．充入He（g），使體系壓強增大，但對反應(yīng)物質(zhì)來說，濃度沒有變化，平衡不移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故D錯誤．故B錯誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)方法移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正確；
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效于在原來基礎(chǔ)上縮小體積一半，壓強增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，則n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正確．
故答案為：CD．
（2）①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^-；
②反應(yīng)2CO=2C+O₂（△H＞0、△S＜0），則△G=△H-T•△S＞0，反應(yīng)是一個焓增、熵減的反應(yīng)，任何情況下不能自發(fā)進行；
故答案為：不可行；該反應(yīng)是一個焓增、熵減的反應(yīng)，任何情況下不能自發(fā)進行．

點評 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡計算以及平衡移動等問題，題目難度較大，注意根據(jù)圖象計算各物質(zhì)的平衡濃度為解答該題的關(guān)鍵．