Question

12．下面为CO₂加氢制取乙醇的反应：
2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）
△H=QkJ/mol （Q＞0）
在密闭容器中，按CO₂与H₂的物质的量之比为1：3进行投料，在5MPa下测得不同温度下平衡体系中各种物质的体积分数（y%）如图1所示．完成下列填空：

（1）表示CH₃CH₂OH体积分数曲线的是b（选填序号）．
（2）图1中曲线a和c的交点R对应物质的体积分数 y_R=37.5%．
（3）在强酸性的电解质水溶液中，惰性材料做电极，电解CO₂可得到多种燃料，其原理如图2所示．
①该工艺中能量转化方式主要有太阳能转化为电能，电能转化为化学能．
②电解时，生成乙烯的电极反应式2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O．
（4）在3L容积可变的密闭容器中发生反应，H₂（g）+CO₂（g）?H₂O （g）+CO（g）已知c（CO）-反应时间t变化曲线Ⅰ如图3所示，若在t₀时刻分别改变一个条件，曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ．当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时，改变的条件是加入催化剂．
当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，改变的条件是将容器的体积快速压缩至2L．

Answer 1

分析 （1）该反应为吸热反应，升高温度平衡正向移动，平衡时CO₂与H₂的含量降低，CH₃CH₂OH与H₂O的含量增大．开始CO₂ 与H₂ 的物质的量之比1：3进行，平衡时H₂的含量是CO₂的含量三倍；CH₃CH₂OH与H₂O按1：3生成，平衡时H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍；
（2）R点为a和c的交点，设此时a的H₂O体积为V，那么c的H₂体积也为V，根据方程式中的关系求出CO₂和CH₃CH₂OH的体积，再求体积分数y_a；
（3）太阳能电池为电源，电解强酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，乙烯在阴极生成．据此解答；
（4）图象分析曲线Ⅰ变化为曲线Ⅱ是缩短反应达到平衡的时间，最后达到相同平衡状态，体积是可变得是恒压容器，说明改变的是加入了催化剂；当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时一氧化碳物质的量增大，反应是气体体积不变的反应，可变容器中气体体积和浓度成反比，气体物质的量不变．

解答 解：（1）该反应为吸热反应，升高温度平衡正向移动，平衡时CO₂与H₂的含量降低，CH₃CH₂OH与H₂O的含量增大．开始CO₂ 与H₂ 的物质的量之比1：3进行，平衡时H₂的含量是CO₂的含量三倍；CH₃CH₂OH与H₂O按1：3生成，平衡时H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍；
曲线a、曲线b随温度升高含量增大，且曲线a的含量高，所以曲线a表示H₂O、曲线b表示CH₃CH₂OH；
曲线c、曲线d随温度升高含量减小，且曲线c的含量高，所以曲线c表示H₂、曲线d表示CO₂．
故答案为：b；
（2）2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）；
R点为a和c的交点，设此时a的H₂O体积为6V，那么c的H₂体积也为6V，根据方程式可知CO₂为$\frac{6V}{6}$=2V，C₂H₅OH为$\frac{6V}{3}$=2V，
所以R点对应的体积分数y_a=$\frac{6V}{6V+6V+2V+2V}$×100%=37.5%，
故答案为：37.5；
（3）①太阳能电池为电源，电解强酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，可知能量转化形式有光能转化为电能，电能转化为化学能，部分电能转化为热能，故答案为：太阳能转化为电能，电能转化为化学能；
②电解时，二氧化碳在b极上生成乙烯，得到电子的一极为电源的正极，电极反应式为2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O，故答案为：2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O；
（4）图象分析曲线Ⅰ变化为曲线Ⅱ是缩短反应达到平衡的时间，最后达到相同平衡状态，体积是可变得是恒压容器，说明改变的是加入了催化剂；当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时一氧化碳物质的量增大，反应是气体体积不变的反应，可变容器中气体体积和浓度成反比，气体物质的量不变，曲线Ⅰ，体积为3L，一氧化碳浓度为3mol/L，改变条件不好为曲线Ⅱ，一氧化碳浓度为4.5mol/L，则体积压缩体积为：3：V=4.5：3，V=2L，所以将容器的体积快速压缩至2L符合；
故答案为：加入催化剂；将容器的体积快速压缩至2L．

点评 本题考查学生对图象的分析与平衡移动及平衡状态的特征的理解以及原电池反应等知识，难度较大，注意判断曲线表示哪一物质的体积分数是关键．