Question

13．隨著人類對溫室效應(yīng)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(fā)利用CO₂，引起了各國的普遍重視．
（1）目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇．為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol
測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖所示

①從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=0.225mol/（L•min）mol/（L•min）．
②該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)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(qiáng)增大
C．將H₂O（g）從體系中分離     D．再充入1mol CO₂和3mol H₂
（2）在載人航天器的生態(tài)系統(tǒng)中，不僅要求分離去除CO₂，還要求提供充足的O₂．某種電化學(xué)裝置可實(shí)現(xiàn)如下轉(zhuǎn)化：2CO₂=2CO+O₂，CO可用作燃料．
已知該反應(yīng)的陽極反應(yīng)為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O
則陰極反應(yīng)式為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2 CO+4OH^-．
有人提出，可以設(shè)計(jì)反應(yīng)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(yīng)是一個(gè)焓增、熵減的反應(yīng)，任何情況下不能自發(fā)進(jìn)行．

Answer 1

分析 （1）①由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時(shí)甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式可知?dú)錃獾臐舛茸兓�等于甲醇的濃度變化�?倍為2.25mol/L，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（H₂）；
②化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值；
③能使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大，使平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量；
（2）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，CO₂被還原生成CO，總反應(yīng)式減去陽極反應(yīng)式得陰極反應(yīng)式；根據(jù)△H-T△H＜0來判斷反應(yīng)的自發(fā)性．

解答 解：（1）①由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時(shí)甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O可知，氫氣的濃度變化等于甲醇的濃度變化量為0.75mol/L×3=2.25mol/L，故v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225mol/（L•min），故答案為：0.225mol/（L•min）；
②反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常數(shù)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能使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大，使平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，則
A．該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，比值減小，故A錯(cuò)誤；
B．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大，容器的容積不變，反應(yīng)混合物的濃度不變，平衡不移動(dòng)，比值不變，故B錯(cuò)誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，比值增大，故C正確；
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效為增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，比值增大，故D正確；
故答案為：CD．
（2）總反應(yīng)式為2CO₂=2CO+O₂，陽極反應(yīng)為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，總反應(yīng)式減去陽極反應(yīng)式得陰極反應(yīng)式，所以陰極反應(yīng)為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-，2CO=2C+O₂（△H＞0、△S＜0）是一個(gè)焓增、熵減的反應(yīng)，任何情況下不能自發(fā)進(jìn)行，所以無法消除CO的污染，故答案為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-；不可行，該反應(yīng)是一個(gè)焓增、熵減的反應(yīng)，任何情況下不能自發(fā)進(jìn)行．

點(diǎn)評 本題考查反應(yīng)速率計(jì)算、化學(xué)平衡的影響因素、平衡常數(shù)等，題目難度中等，注意基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，把握圖象的分析是解答的關(guān)鍵．