Question

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(fā)利用CO₂，引起了各國的普遍重視．下面某研究小組開展的研究：
（1）用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇．實驗在體積為1L的密閉容器中進行，充入1mol CO₂和3mol H₂，在一定條件下發(fā)生反應策得反應混合物中有甲醇氣體和水（氣體）產(chǎn)生，查得在該類反應中，每生成16g甲醇，放出的熱量為24.5kJ．
①該反應的熱化學方程式為：

 

；
②實驗中，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖所示．從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v（H₂）=

 

mol/（L?min）．

從曲線變化可以得出：CO₂和CH₃OH（g）的濃度經(jīng)過一段時間，不再變化，原因是

 

．
③理論上44g CO₂和6g H₂完全反應，產(chǎn)生的熱量為Q=

 

KJ，如果將44g CO₂和6g H₂置于密閉容器中反應，實際放出的熱量

 

Q（選填“大于”或“小于”或”“等于”）原因是

 

．
④為提高反應混合物中n（CH₃OH）/n（CO₂）的值，研究小組采取了系列措施進行實驗，其中有效果的是

 

．
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1mol CO₂和3mol H₂
（2）．針對載人航天器的生態(tài)系統(tǒng)要求：分離去除CO₂，并提供充足的O₂．發(fā)明了一種電化學裝置可實現(xiàn)轉(zhuǎn)化：2CO₂=2CO+O₂，產(chǎn)生的CO又可用作燃料．已知該裝置的陽極反應為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O則陰極反應式為：

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,熱化學方程式,原電池和電解池的工作原理,化學平衡的影響因素,物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）①反應生成 CH₃OH和H₂O，n（CH₃OH）=0.5mol，方程式為CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），根據(jù)方程式計算反應熱；
②由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式可知氫氣的濃度變化等于甲醇的濃度變化量3倍為2.25mol/L，根據(jù)v=

△c

△t

計算v（H₂），CO₂和CH₃OH（g）的濃度經(jīng)過一段時間，不再變化，說明達到平衡狀態(tài)；
③反應為可逆反應，不能反應完全；
④使n（CH₃OH）/n（CO₂）應采取措施，使平衡向正反應移動，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，CO₂被還原生成CO．

解答： 解：（1）①反應生成 CH₃OH和H₂O，n（CH₃OH）=0.5mol，方程式為CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），則生成1molCH₃OH放出49.0kJ的能量，反應的熱化學方程式為CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol；
②由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為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）=

2.25mol/L

10min

=0.225mol/（L?mon），
從曲線變化可以得出：CO₂和CH₃OH（g）的濃度經(jīng)過一段時間，不再變化，原因是反應達到平衡狀態(tài)，正逆反應速率相等，濃度不再改變，
故答案為：0.225；反應處于化學平衡態(tài)（或正反應速度與逆反應速度相等）；
③理論上44g CO₂和6g H₂完全反應，即1molCO₂和3molH₂完全反應，產(chǎn)生的熱量為Q=49.0KJ，但由于反應為可逆反應，則實際放出的熱量小于Q，
故答案為：49.0；小于；反應是可逆反應，不能進行到底；
④A．該反應正反應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故A錯誤，
B．充入He（g），使體系壓強增大，容器的容積不變，反應混合物的濃度不變，平衡不移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故B錯誤，
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正確，
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效為增大壓強，平衡向正反應移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正確；
故答案為：C、D；
（2）陽極反應為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，已知總反應為2CO₂=2CO+O₂，由總反應減陽極反應式可得陰極反應式為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、平衡計算、平衡移動以及電化學等知識，綜合考查學生的分析能力和計算能力，為高考常見題型，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．