Question

12．下面為CO₂加氫制取乙醇的反應(yīng)：
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(zhì)的量之比為1：3進(jìn)行投料，在5MPa下測得不同溫度下平衡體系中各種物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)（y%）如圖1所示．完成下列填空：

（1）表示CH₃CH₂OH體積分?jǐn)?shù)曲線的是b（選填序號）．
（2）圖1中曲線a和c的交點(diǎn)R對應(yīng)物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù) y_R=37.5%．
（3）在強(qiáng)酸性的電解質(zhì)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(zhuǎn)化方式主要有太陽能轉(zhuǎn)化為電能，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能．
②電解時(shí)，生成乙烯的電極反應(yīng)式2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O．
（4）在3L容積可變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，H₂（g）+CO₂（g）?H₂O （g）+CO（g）已知c（CO）-反應(yīng)時(shí)間t變化曲線Ⅰ如圖3所示，若在t₀時(shí)刻分別改變一個(gè)條件，曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅱ和曲線Ⅲ．當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅱ時(shí)，改變的條件是加入催化劑．
當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時(shí)，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(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡正向移動，平衡時(shí)CO₂與H₂的含量降低，CH₃CH₂OH與H₂O的含量增大．開始CO₂ 與H₂ 的物質(zhì)的量之比1：3進(jìn)行，平衡時(shí)H₂的含量是CO₂的含量三倍；CH₃CH₂OH與H₂O按1：3生成，平衡時(shí)H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍；
（2）R點(diǎn)為a和c的交點(diǎn)，設(shè)此時(shí)a的H₂O體積為V，那么c的H₂體積也為V，根據(jù)方程式中的關(guān)系求出CO₂和CH₃CH₂OH的體積，再求體積分?jǐn)?shù)y_a；
（3）太陽能電池為電源，電解強(qiáng)酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，乙烯在陰極生成．據(jù)此解答；
（4）圖象分析曲線Ⅰ變化為曲線Ⅱ是縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間，最后達(dá)到相同平衡狀態(tài)，體積是可變得是恒壓容器，說明改變的是加入了催化劑；當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時(shí)一氧化碳物質(zhì)的量增大，反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，可變?nèi)萜髦袣怏w體積和濃度成反比，氣體物質(zhì)的量不變．

解答 解：（1）該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡正向移動，平衡時(shí)CO₂與H₂的含量降低，CH₃CH₂OH與H₂O的含量增大．開始CO₂ 與H₂ 的物質(zhì)的量之比1：3進(jìn)行，平衡時(shí)H₂的含量是CO₂的含量三倍；CH₃CH₂OH與H₂O按1：3生成，平衡時(shí)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(diǎn)為a和c的交點(diǎn)，設(shè)此時(shí)a的H₂O體積為6V，那么c的H₂體積也為6V，根據(jù)方程式可知CO₂為$\frac{6V}{6}$=2V，C₂H₅OH為$\frac{6V}{3}$=2V，
所以R點(diǎn)對應(yīng)的體積分?jǐn)?shù)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(qiáng)酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，可知能量轉(zhuǎn)化形式有光能轉(zhuǎn)化為電能，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，部分電能轉(zhuǎn)化為熱能，故答案為：太陽能轉(zhuǎn)化為電能，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；
②電解時(shí)，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(yīng)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(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間，最后達(dá)到相同平衡狀態(tài)，體積是可變得是恒壓容器，說明改變的是加入了催化劑；當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時(shí)一氧化碳物質(zhì)的量增大，反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，可變?nèi)萜髦袣怏w體積和濃度成反比，氣體物質(zhì)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(diǎn)評 本題考查學(xué)生對圖象的分析與平衡移動及平衡狀態(tài)的特征的理解以及原電池反應(yīng)等知識，難度較大，注意判斷曲線表示哪一物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)是關(guān)鍵．