Question

19．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．
（1）目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇．为探究反应原理，现进行如下实验，
在体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol
测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示．
①从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率 v （H₂）=0.225mol/（L•min）．
②该反应的平衡常数表达式为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1molCO₂和3molH₂
（2）①在载人航天器的生态系统中，不仅要求分离去除CO₂，还要求提供充足的O₂．某种电化学装置可实现如下转化：2CO₂═2CO+O₂，CO可用作燃料．
已知该反应的阳极反应为：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O则阴极反应式为：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-．
②有人提出，可以设计反应2CO═2C+O₂（△H＞0、△S＜0）来消除CO的污染．请你判断是否可行并说出理由：不可行；该反应是一个焓增、熵减的反应，任何情况下不能自发进行．

Answer 1

分析 （1）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算；
②根据平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积计算；
③要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，应使平衡向正反应方向移动；
（2）①阴极发生还原反应，CO₂被还原生成CO，总反应式减去阳极反应式得阴极反应式；
②根据△G的大小判断反应能否进行．

解答 解：（1）①利用三段式解题法计算    
             CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
开始（mol/L）：1        3        0           0
变化（mol/L）：0.75   2.25      0.75       0.75 
平衡（mol/L）：0.25   0.75      0.75       0.75
从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225 mol•L^-1•min^-1，
故答案为：0.225；
②平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，则K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，故答案为：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，应使平衡向正反应方向移动，
A．因正反应放热，升高温度平衡向逆反应方向移动，则n（CH₃OH）/n（CO₂）减小，故A错误；
B．充入He（g），使体系压强增大，但对反应物质来说，浓度没有变化，平衡不移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）不变，故D错误．故B错误；
C．将H₂O（g）从体系中分离，平衡向正反应方法移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正确；
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效于在原来基础上缩小体积一半，压强增大，平衡向正反应方向移动，则n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正确．
故答案为：CD．
（2）①总反应式为2CO₂=2CO+O₂，阳极反应为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，总反应式减去阳极反应式得阴极反应式，所以阴极反应为：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-，
故答案为：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-；
②反应2CO=2C+O₂（△H＞0、△S＜0），则△G=△H-T•△S＞0，反应是一个焓增、熵减的反应，任何情况下不能自发进行；
故答案为：不可行；该反应是一个焓增、熵减的反应，任何情况下不能自发进行．

点评 本题考查较为综合，涉及化学平衡计算以及平衡移动等问题，题目难度较大，注意根据图象计算各物质的平衡浓度为解答该题的关键．