Question

14．综合利用CO₂、CO对构建低碳社会有重要意义．
（1）固体氧化物电解池（SOEC）用于高温电解CO₂和H₂O的混合气体，既可高效制备合成气（CO+H₂），又可实现CO₂的减排，其工作原理如图．
①b为电源的正极（填“正极”或“负极”）
②写出电极c发生的电极反应式CO₂+2e^-=CO+O^2-、H₂O+2e^-=H₂+O^2-．
（2）电解生成的合成气在催化剂作用下发生如下反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．对此反应进行如下研究：某温度下在一恒压容器中分别充入1.2mol CO和1mol H₂，达到平衡时容器体积为2L，且含有0.4mol CH₃OH（g），则该反应平衡常数值为50，此时向容器中再通入0.35molCO气体，则此平衡将逆反应方向移动（填“向正反应方向”、“不”或“逆反应方向”）．

Answer 1

分析 （1）二氧化碳、水分别在a极得到电子发生还原反应生成一氧化碳、氢气，同时生成氧离子；电极b氧离子失去电子发生氧化反应生成氧气；
（2）根据平衡常数的计算公式计算，恒温恒压下，体积之比等于物质的量之比，据此计算加入0.35molCO时容器的体积，计算此时浓度商，与平衡常数相比判断反应进行方向；

解答 解：（1）①CO₂+H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{电解}$CO+H₂+O₂，二氧化碳中的碳元素化合价降低，被还原，水中的氢元素化合价降低被还原，反应物中的氧元素化合价升高，被氧化，失去电子发生氧化反应生成氧气，所以电极d为阳极，所以b为电源的正极，故答案为：正极；
②二氧化碳在a极得到电子发生还原反应生成一氧化碳同时生成氧离子，反应电极反应式为：CO₂+2e^-═CO+O^2-，水中的氢元素化合价降低被还原，电极反应式为：H₂O+2e^-=H₂+O^2-，故答案为：CO₂+2e^-═CO+O^2-；H₂O+2e^-=H₂+O^2-；
（2）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始：1.2mol    1mol      0
转化：0.4mol   0.8mol    0.4mol
平衡：0.8mol   0.2mol   0.4mol
所以：k=$\frac{0.2mol/L}{0.4mol/L×（0.1mol/L）^{2}}$=50（mol/L）^-2，
此时向容器中再通入0.35molCO气体，假设平衡不移动时，此时容器体积为：2L×$\frac{（0.35+0.8+0.2+0.4）mol}{（0.8+0.2+0.4）mol}$=2.5L，则浓度商Qc=$\frac{\frac{0.4}{2.5}}{\frac{1.15}{2.5}×（\frac{0.2}{2.5}）^{2}}$=54.3，大于平衡常数50，平衡向逆反应方向移动，
故答案为：50；逆反应方向．

点评 本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算和应用，电解池电极反应的分析书写，化学平衡常数的计算，原子守恒氧化还原反应的计算应用，题目难度中等