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．下面某研究小组开展的研究：
（1）用CO₂来生产燃料甲醇．实验在体积为1L的密闭容器中进行，充入1mol CO₂和3mol H₂，在一定条件下发生反应策得反应混合物中有甲醇气体和水（气体）产生，查得在该类反应中，每生成16g甲醇，放出的热量为24.5kJ．
①该反应的热化学方程式为：

 

；
②实验中，测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示．从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=

 

mol/（L?min）．

从曲线变化可以得出：CO₂和CH₃OH（g）的浓度经过一段时间，不再变化，原因是

 

．
③理论上44g CO₂和6g H₂完全反应，产生的热量为Q=

 

KJ，如果将44g CO₂和6g H₂置于密闭容器中反应，实际放出的热量

 

Q（选填“大于”或“小于”或”“等于”）原因是

 

．
④为提高反应混合物中n（CH₃OH）/n（CO₂）的值，研究小组采取了系列措施进行实验，其中有效果的是

 

．
A．升高温度  B．充入He（g），使体系压强增大C．将H₂O（g）从体系中分离 D．再充入1mol CO₂和3mol H₂
（2）．针对载人航天器的生态系统要求：分离去除CO₂，并提供充足的O₂．发明了一种电化学装置可实现转化：2CO₂=2CO+O₂，产生的CO又可用作燃料．已知该装置的阳极反应为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O则阴极反应式为：

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,热化学方程式,原电池和电解池的工作原理,化学平衡的影响因素,物质的量或浓度随时间的变化曲线

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）①反应生成 CH₃OH和H₂O，n（CH₃OH）=0.5mol，方程式为CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），根据方程式计算反应热；
②由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，由方程式可知氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量3倍为2.25mol/L，根据v=

△c

△t

计算v（H₂），CO₂和CH₃OH（g）的浓度经过一段时间，不再变化，说明达到平衡状态；
③反应为可逆反应，不能反应完全；
④使n（CH₃OH）/n（CO₂）应采取措施，使平衡向正反应移动，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量；
（2）阴极发生还原反应，CO₂被还原生成CO．

解答： 解：（1）①反应生成 CH₃OH和H₂O，n（CH₃OH）=0.5mol，方程式为CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），则生成1molCH₃OH放出49.0kJ的能量，反应的热化学方程式为CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol；
②由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，由方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O可知，氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量为0.75mol/L×3=2.25mol/L，故v（H₂）=

2.25mol/L

10min

=0.225mol/（L?mon），
从曲线变化可以得出：CO₂和CH₃OH（g）的浓度经过一段时间，不再变化，原因是反应达到平衡状态，正逆反应速率相等，浓度不再改变，
故答案为：0.225；反应处于化学平衡态（或正反应速度与逆反应速度相等）；
③理论上44g CO₂和6g H₂完全反应，即1molCO₂和3molH₂完全反应，产生的热量为Q=49.0KJ，但由于反应为可逆反应，则实际放出的热量小于Q，
故答案为：49.0；小于；反应是可逆反应，不能进行到底；
④A．该反应正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）减小，故A错误，
B．充入He（g），使体系压强增大，容器的容积不变，反应混合物的浓度不变，平衡不移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）不变，故B错误，
C．将H₂O（g）从体系中分离，平衡向正反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正确，
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效为增大压强，平衡向正反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正确；
故答案为：C、D；
（2）阳极反应为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，已知总反应为2CO₂=2CO+O₂，由总反应减阳极反应式可得阴极反应式为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、平衡计算、平衡移动以及电化学等知识，综合考查学生的分析能力和计算能力，为高考常见题型，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．