Question

隨著人類(lèi)對(duì)溫室效應(yīng)和資源短缺等問(wèn)題的重視，如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開(kāi)發(fā)利用CO₂，引起了各國(guó)的普遍重視．下面某研究小組開(kāi)展的研究：
（1）用CO₂來(lái)生產(chǎn)燃料甲醇．實(shí)驗(yàn)在體積為1L的密閉容器中進(jìn)行，充入1mol CO₂和3mol H₂，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)策得反應(yīng)混合物中有甲醇?xì)怏w和水（氣體）產(chǎn)生，查得在該類(lèi)反應(yīng)中，每生成16g甲醇，放出的熱量為24.5kJ．
①該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：

 

；
②實(shí)驗(yàn)中，測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖所示．從反應(yīng)開(kāi)始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)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(guò)一段時(shí)間，不再變化，原因是

 

．
③理論上44g CO₂和6g H₂完全反應(yīng)，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(yīng)，實(shí)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(yīng)混合物中n（CH₃OH）/n（CO₂）的值，研究小組采取了系列措施進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中有效果的是

 

．
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）．針對(duì)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(xué)裝置可實(shí)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(yáng)極反應(yīng)為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O則陰極反應(yīng)式為：

 

．

Answer 1

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

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）①反應(yīng)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(jì)算反應(yīng)熱；
②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=

△c

△t

計(jì)算v（H₂），CO₂和CH₃OH（g）的濃度經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，不再變化，說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)；
③反應(yīng)為可逆反應(yīng)，不能反應(yīng)完全；
④使n（CH₃OH）/n（CO₂）應(yīng)采取措施，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．

解答： 解：（1）①反應(yīng)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(yīng)的熱化學(xué)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(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）=

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(guò)一段時(shí)間，不再變化，原因是反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正逆反應(yīng)速率相等，濃度不再改變，
故答案為：0.225；反應(yīng)處于化學(xué)平衡態(tài)（或正反應(yīng)速度與逆反應(yīng)速度相等）；
③理論上44g CO₂和6g H₂完全反應(yīng)，即1molCO₂和3molH₂完全反應(yīng)，產(chǎn)生的熱量為Q=49.0KJ，但由于反應(yīng)為可逆反應(yīng)，則實(shí)際放出的熱量小于Q，
故答案為：49.0；小于；反應(yīng)是可逆反應(yīng)，不能進(jìn)行到底；
④A．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)，n（CH₃OH）/n（CO₂）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)，n（CH₃OH）/n（CO₂）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)，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(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正確；
故答案為：C、D；
（2）陽(yáng)極反應(yīng)為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，已知總反應(yīng)為2CO₂=2CO+O₂，由總反應(yīng)減陽(yáng)極反應(yīng)式可得陰極反應(yīng)式為2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-，
故答案為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-．

點(diǎn)評(píng)：本題考查較為綜合，涉及反應(yīng)速率、平衡計(jì)算、平衡移動(dòng)以及電化學(xué)等知識(shí)，綜合考查學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力，為高考常見(jiàn)題型，題目難度中等，注意把握影響平衡移動(dòng)的因素以及平衡移動(dòng)方向的判斷．