Question

随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视，如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了各国的普遍重视。

⑴目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇。为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为1 L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应：

CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)  △H＝－49.0kJ/mol

测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

①从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v(H₂)＝___________mol/(L·min)。

②该反应的平衡常数表达式为__________________。

③下列措施中能使n(CH₃OH)／n(CO₂)增大的是___________。

A．升高温度                  B．充入He(g)，使体系压强增大

C．将H₂O(g)从体系中分离     D．再充入1mol CO₂和3mol H₂

⑵在载人航天器的生态系统中，不仅要求分离去除CO₂，还要求提供充足的O₂。某种电化学装置可实现如下转化：2 CO₂＝2 CO＋O₂，CO可用作燃料。

已知该反应的阳极反应为：4OH^――4e^―＝O₂↑＋2H₂O

则阴极反应式为：________________________________。

有人提出，可以设计反应2CO＝2C＋O₂（△H＞0、△S＜0）来消除CO的污染。请你判断是否可行并说出理由：__________________________________________。

Answer

⑴ ①0.225②③C、D ⑵ 2CO2＋4e―＋2H2O＝2 CO＋4OH―

不可行，该反应是一个焓增、熵减的反应，任何情况下不能自发进行

【解析】

试题分析：⑴ ①由图分析，10分钟到平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，由方程式可知，氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量为0.75*3=2.25mol/L，所以氢气的反应速率=2.25/10=0.225 mol/(L·min)

②从反应分析，化学平衡常数等于生成物浓度的幂之积与反应物浓度的幂之积的比值。所以平衡常数=。 ③能使比值增大，使平衡正向移动，则A、反应正反应是放热反应，升温平衡向逆向移动，比值减小，错误。B、充入氦气，使平衡体系压强增大，容器的容积不变，反应混合物的浓度不变，平衡不移动，比值不变，错误。C、将水蒸气分离，平衡正向移动，比值增大，正确。D、再充入1摩尔二氧化碳和3摩尔氢气，等效为增大压强，平衡向正反应移动，比值增大，正确。所以选C、D。⑵ 阴极分发生还原反应，二氧化碳被还原生成一氧化碳，阴极发扬为：2CO2＋4e―＋2H2O＝2 CO＋4OH―；反应为焓增、熵减的反应，在任何情况下不能自发进行

考点： 化学反应速率和化学计量数的关系，化学平衡常数的含义，化学平衡的影响因素