Question

（2011?河西區一模）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．為探究該反應原理，現進行如下實驗，在體積為l L的密閉容器中，充入1molCO₂和3.25molH₂，一定條件下發生反應，測得CO₂、CH₃OH（g）和H₂O（g）的濃度隨時問變化如圖所示．

①寫出該工業方法制取甲醇的化學方程式：

CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）

．
②從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v（H₂）=

0.225

mol/（L?min）．平衡時CO₂的轉化事為

75%

．
③該條件下反應的平衡常數K的值為

2.25

．當溫度降低時K值變大，剮該反應的△H

＜

0（填“＜”、“＞”或“=”）
④下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是

C

．
A．升高溫度                B．充入He（g）
C．將H₂O（g）從體系中分離    D．用更有效的催化劑
（2）在載人航天器的生態系統中．不僅要求分離除去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．劃陰極反應式為：

2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-

．

Answer 1

分析：（1）①根據題目內容可知，該工業方法制取甲醇為二氧化碳與氫氣反應生成甲醇和水；
②根據三段式計算出反應混合物各組分的濃度變化量、平衡時的濃度，根據v=

△c

△t

計算出v（H₂）；
根據轉化率的定義計算平衡時二氧化碳的轉化率；
③平衡常數等于生成物的濃度系數次冪之積與反應物的濃度系數次冪之積的比值，平衡常數k=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

；
當溫度降低時K值變大，說明平衡向正反應進行，溫度降低平衡向放熱反應進行；
④使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大應使平衡向正反應方向移動分析；
（2）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．

解答：解：（1）①該工業方法制取甲醇原理為二氧化碳與氫氣反應生成甲醇和水，反應方程式為
CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g），
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）；
②根據三段式計算
                  CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始（mol/L）：1       3.25           0          0
變化（mol/L）：0.75    2.25           0.75       0.75
平衡（mol/L）：0.25     1             0.75       0.75
從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v（H₂）=

2.25mol/L

10min

=0.225mol/（L．min），
平衡時二氧化碳的轉化率為

0.75mol/L

1mol/L

×100%=75%，
故答案為：0.225mol/（L．min）；75%；
③由②中知平衡時各組分的濃度，所以k=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

=

0.75×0.75

0.25×13

=2.25，
當溫度降低時K值變大，說明平衡向正反應進行，溫度降低平衡向吸放熱反應進行，即正反應為放熱反應，△H＜0，
故答案為：2.25；＜；
④使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大應使平衡向正反應方向移動：
A．該反應正反應為放熱反應，則升高溫度平衡向逆反應方向移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故A錯誤；
B．充入He氣，參加反應的物質的濃度不變，平衡不移動，故B錯誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，生成物濃度減小，平衡向正反應方向移動，故C正確；
D．用更有效的催化劑，平衡不移動，故D錯誤；
故答案為：C；
（2）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^-．

點評：本題考查較為綜合，涉及反應速率、平衡常數、平衡移動以及電化學等知識，題目難度中等，注意把握影響平衡移動的因素以及平衡移動方向的判斷．