Question

19．隨著人類對溫室效應和資源短缺等問題的重視，如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發利用CO₂，引起了各國的普遍重視．
（1）目前工業上有一種方法是用CO₂來生產燃料甲醇．為探究反應原理，現進行如下實驗，
在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定條件下發生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol
測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖所示．
①從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率 v （H₂）=0.225mol/（L•min）．
②該反應的平衡常數表達式為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．升高溫度                    B．充入He（g），使體系壓強增大
C．將H₂O（g）從體系中分離        D．再充入1molCO₂和3molH₂
（2）①在載人航天器的生態系統中，不僅要求分離去除CO₂，還要求提供充足的O₂．某種電化學裝置可實現如下轉化：2CO₂═2CO+O₂，CO可用作燃料．
已知該反應的陽極反應為：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O則陰極反應式為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-．
②有人提出，可以設計反應2CO═2C+O₂（△H＞0、△S＜0）來消除CO的污染．請你判斷是否可行并說出理由：不可行；該反應是一個焓增、熵減的反應，任何情況下不能自發進行．

Answer 1

分析 （1）①根據v=$\frac{△c}{△t}$計算；
②根據平衡常數等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積計算；
③要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，應使平衡向正反應方向移動；
（2）①陰極發生還原反應，CO₂被還原生成CO，總反應式減去陽極反應式得陰極反應式；
②根據△G的大小判斷反應能否進行．

解答 解：（1）①利用三段式解題法計算    
             CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
開始（mol/L）：1        3        0           0
變化（mol/L）：0.75   2.25      0.75       0.75 
平衡（mol/L）：0.25   0.75      0.75       0.75
從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225 mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.225；
②平衡常數等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，則K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，故答案為：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，應使平衡向正反應方向移動，
A．因正反應放熱，升高溫度平衡向逆反應方向移動，則n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故A錯誤；
B．充入He（g），使體系壓強增大，但對反應物質來說，濃度沒有變化，平衡不移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故D錯誤．故B錯誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應方法移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正確；
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效于在原來基礎上縮小體積一半，壓強增大，平衡向正反應方向移動，則n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正確．
故答案為：CD．
（2）①總反應式為2CO₂=2CO+O₂，陽極反應為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，總反應式減去陽極反應式得陰極反應式，所以陰極反應為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-，
故答案為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-；
②反應2CO=2C+O₂（△H＞0、△S＜0），則△G=△H-T•△S＞0，反應是一個焓增、熵減的反應，任何情況下不能自發進行；
故答案為：不可行；該反應是一個焓增、熵減的反應，任何情況下不能自發進行．

點評 本題考查較為綜合，涉及化學平衡計算以及平衡移動等問題，題目難度較大，注意根據圖象計算各物質的平衡濃度為解答該題的關鍵．