Question

14．綜合利用CO₂、CO對構建低碳社會有重要意義．
（1）固體氧化物電解池（SOEC）用于高溫電解CO₂和H₂O的混合氣體，既可高效制備合成氣（CO+H₂），又可實現CO₂的減排，其工作原理如圖．
①b為電源的正極（填“正極”或“負極”）
②寫出電極c發生的電極反應式CO₂+2e^-=CO+O^2-、H₂O+2e^-=H₂+O^2-．
（2）電解生成的合成氣在催化劑作用下發生如下反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．對此反應進行如下研究：某溫度下在一恒壓容器中分別充入1.2mol CO和1mol H₂，達到平衡時容器體積為2L，且含有0.4mol CH₃OH（g），則該反應平衡常數值為50，此時向容器中再通入0.35molCO氣體，則此平衡將逆反應方向移動（填“向正反應方向”、“不”或“逆反應方向”）．

Answer 1

分析 （1）二氧化碳、水分別在a極得到電子發生還原反應生成一氧化碳、氫氣，同時生成氧離子；電極b氧離子失去電子發生氧化反應生成氧氣；
（2）根據平衡常數的計算公式計算，恒溫恒壓下，體積之比等于物質的量之比，據此計算加入0.35molCO時容器的體積，計算此時濃度商，與平衡常數相比判斷反應進行方向；

解答 解：（1）①CO₂+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{電解}$CO+H₂+O₂，二氧化碳中的碳元素化合價降低，被還原，水中的氫元素化合價降低被還原，反應物中的氧元素化合價升高，被氧化，失去電子發生氧化反應生成氧氣，所以電極d為陽極，所以b為電源的正極，故答案為：正極；
②二氧化碳在a極得到電子發生還原反應生成一氧化碳同時生成氧離子，反應電極反應式為：CO₂+2e^-═CO+O^2-，水中的氫元素化合價降低被還原，電極反應式為：H₂O+2e^-=H₂+O^2-，故答案為：CO₂+2e^-═CO+O^2-；H₂O+2e^-=H₂+O^2-；
（2）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始：1.2mol    1mol      0
轉化：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，
此時向容器中再通入0.35molCO氣體，假設平衡不移動時，此時容器體積為：2L×$\frac{（0.35+0.8+0.2+0.4）mol}{（0.8+0.2+0.4）mol}$=2.5L，則濃度商Qc=$\frac{\frac{0.4}{2.5}}{\frac{1.15}{2.5}×（\frac{0.2}{2.5}）^{2}}$=54.3，大于平衡常數50，平衡向逆反應方向移動，
故答案為：50；逆反應方向．

點評 本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算和應用，電解池電極反應的分析書寫，化學平衡常數的計算，原子守恒氧化還原反應的計算應用，題目難度中等