Question

（16分）Ⅰ．如何降低大氣中CO₂的含量及有效利用CO₂，目前已引起各國普遍重視。
（1）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1 L的密閉容器中，充入1 mol CO₂和3 mol H₂，在500℃下發生反應：
CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g) 。
實驗測得CO₂(g)和CH₃OH(g)的濃度隨時間變化如下圖1所示。

①從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v(H₂)＝_____________________；
②圖2是改變溫度時H₂的化學反應速率隨時間變化的示意圖，則該反應的正反應是
     熱（填“吸”或“放”）反應。
③該反應的平衡常數K為     （保留兩位小數）。若提高溫度到800℃進行，達平衡時，K值      （填“增大”、“減小”或“不變”），
④500℃達平衡時，CH₃OH的體積分數ω為       。
（2）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_________      ____   ___。
Ⅱ．工業上可利用煤的氣化產物（CO和H₂）合成二甲醚（CH₃OCH₃），其三步反應如下：
① 2H₂ (g)＋CO(g)  CH₃OH (g)          ΔH＝－90.8 kJ·mol^-1
② 2CH₃OH(g)  CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)    ΔH＝－23.5 kJ·mol^-1
③ CO(g)＋H₂O(g)  CO₂ (g)＋H₂(g)       ΔH＝－41.3 kJ·mol^-1
（3）總合成反應的熱化學方程式為__________                          _  。
（4）一定條件下的密閉容器中，上述總反應達到平衡時，要提高CO的轉化率，可以采取的措施是__________（填字母代號）。

A．高溫高壓

B．加入催化劑

C．減少CO2的濃度

D．增加CO的濃度E．分離出二甲醚

（5）已知反應②2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)在某溫度下的平衡常數K = 400。此溫度下，在密閉容器中加入CH₃OH，反應到某時刻測得各組分的濃度如下：

物質	CH3OH	CH3OCH3	H2O
c / mol·L-1	0.44	0.60	0.60

此時，v (正) _____ v (逆) （填“＞”、“＜”或“＝”）。

Answer 1

（16分）

（2）2CO₂＋2H₂O＋4e^－＝2CO＋4OH^－ （2分）
Ⅱ．（3）3H₂(g)＋3CO(g)  CH₃OCH₃(g)＋CO₂ (g)   ΔH ＝－246.4 kJ·mol^-1（3分）
（4）C E （2分） ；
（5）＞（1分）

I（1）①由圖分析可得，達到平衡時△c(CH₃OH)==△c(CO₂)="=" 0.75mol/L，在同一化學反應方程式中，速率之比=變化量之比=化學計量數之比，所以得
②由圖2可知，溫度升高逆反應速率、正反應速率同時增大，但逆反應速率增大的更快，平衡向逆反應方向移動，即升高溫度平衡向逆反應方向（吸熱反應方向）移動，固該反應的正反應為放熱反應。
③根據化學反應方程式：CO₂(g)＋3H₂(g)?CH₃OH(g)＋H₂O(g)
起始濃度                1       3        0       0
變化濃度                0.75    2.25     0.75     0.75
平衡濃度                0.25    0.75     0.75     0.75

由于該反應的正反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，即升高溫度k減小；
④500℃達平衡時，CH₃OH的體積分數ω
（2）該電化學裝置為電解裝置，利用總方程式減去陽極電極反應便可得到陰極電極反應：
2CO₂＋2H₂O＋4e^－＝2CO＋4OH^－ 
Ⅱ．（3）由蓋斯定律得總反應熱化學方程式為：
3H₂(g)＋3CO(g)  CH₃OCH₃(g)＋CO₂ (g)   ΔH ＝－246.4 kJ·mol^-1
（4）要提高CO的轉化率即使化學平衡向正反應方向移動，可采取的措施：C E
（5）2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)的＜K=400，所以反應向正反應方向進行，即v (正)＞v (逆)