Question

12．下面為CO₂加氫制取乙醇的反應：
2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）
△H=QkJ/mol （Q＞0）
在密閉容器中，按CO₂與H₂的物質的量之比為1：3進行投料，在5MPa下測得不同溫度下平衡體系中各種物質的體積分數（y%）如圖1所示．完成下列填空：

（1）表示CH₃CH₂OH體積分數曲線的是b（選填序號）．
（2）圖1中曲線a和c的交點R對應物質的體積分數 y_R=37.5%．
（3）在強酸性的電解質水溶液中，惰性材料做電極，電解CO₂可得到多種燃料，其原理如圖2所示．
①該工藝中能量轉化方式主要有太陽能轉化為電能，電能轉化為化學能．
②電解時，生成乙烯的電極反應式2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O．
（4）在3L容積可變的密閉容器中發生反應，H₂（g）+CO₂（g）?H₂O （g）+CO（g）已知c（CO）-反應時間t變化曲線Ⅰ如圖3所示，若在t₀時刻分別改變一個條件，曲線Ⅰ變為曲線Ⅱ和曲線Ⅲ．當曲線Ⅰ變為曲線Ⅱ時，改變的條件是加入催化劑．
當曲線Ⅰ變為曲線Ⅲ時，改變的條件是將容器的體積快速壓縮至2L．

Answer 1

分析 （1）該反應為吸熱反應，升高溫度平衡正向移動，平衡時CO₂與H₂的含量降低，CH₃CH₂OH與H₂O的含量增大．開始CO₂ 與H₂ 的物質的量之比1：3進行，平衡時H₂的含量是CO₂的含量三倍；CH₃CH₂OH與H₂O按1：3生成，平衡時H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍；
（2）R點為a和c的交點，設此時a的H₂O體積為V，那么c的H₂體積也為V，根據方程式中的關系求出CO₂和CH₃CH₂OH的體積，再求體積分數y_a；
（3）太陽能電池為電源，電解強酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，乙烯在陰極生成．據此解答；
（4）圖象分析曲線Ⅰ變化為曲線Ⅱ是縮短反應達到平衡的時間，最后達到相同平衡狀態，體積是可變得是恒壓容器，說明改變的是加入了催化劑；當曲線Ⅰ變為曲線Ⅲ時一氧化碳物質的量增大，反應是氣體體積不變的反應，可變容器中氣體體積和濃度成反比，氣體物質的量不變．

解答 解：（1）該反應為吸熱反應，升高溫度平衡正向移動，平衡時CO₂與H₂的含量降低，CH₃CH₂OH與H₂O的含量增大．開始CO₂ 與H₂ 的物質的量之比1：3進行，平衡時H₂的含量是CO₂的含量三倍；CH₃CH₂OH與H₂O按1：3生成，平衡時H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍；
曲線a、曲線b隨溫度升高含量增大，且曲線a的含量高，所以曲線a表示H₂O、曲線b表示CH₃CH₂OH；
曲線c、曲線d隨溫度升高含量減小，且曲線c的含量高，所以曲線c表示H₂、曲線d表示CO₂．
故答案為：b；
（2）2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）；
R點為a和c的交點，設此時a的H₂O體積為6V，那么c的H₂體積也為6V，根據方程式可知CO₂為$\frac{6V}{6}$=2V，C₂H₅OH為$\frac{6V}{3}$=2V，
所以R點對應的體積分數y_a=$\frac{6V}{6V+6V+2V+2V}$×100%=37.5%，
故答案為：37.5；
（3）①太陽能電池為電源，電解強酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，可知能量轉化形式有光能轉化為電能，電能轉化為化學能，部分電能轉化為熱能，故答案為：太陽能轉化為電能，電能轉化為化學能；
②電解時，二氧化碳在b極上生成乙烯，得到電子的一極為電源的正極，電極反應式為2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O，故答案為：2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O；
（4）圖象分析曲線Ⅰ變化為曲線Ⅱ是縮短反應達到平衡的時間，最后達到相同平衡狀態，體積是可變得是恒壓容器，說明改變的是加入了催化劑；當曲線Ⅰ變為曲線Ⅲ時一氧化碳物質的量增大，反應是氣體體積不變的反應，可變容器中氣體體積和濃度成反比，氣體物質的量不變，曲線Ⅰ，體積為3L，一氧化碳濃度為3mol/L，改變條件不好為曲線Ⅱ，一氧化碳濃度為4.5mol/L，則體積壓縮體積為：3：V=4.5：3，V=2L，所以將容器的體積快速壓縮至2L符合；
故答案為：加入催化劑；將容器的體積快速壓縮至2L．

點評 本題考查學生對圖象的分析與平衡移動及平衡狀態的特征的理解以及原電池反應等知識，難度較大，注意判斷曲線表示哪一物質的體積分數是關鍵．