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.
(1)目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇.为探究该反应原理,现进行如下实验,在体积为l L的密闭容器中,充入1molCO2和3.25molH2,一定条件下发生反应,测得CO2、CH3OH(g)和H2O(g)的浓度随时问变化如图所示.
①写出该工业方法制取甲醇的化学方程式:______.
②从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)=______mol/(L•min).平衡时CO2的转化事为______.
③该条件下反应的平衡常数K的值为______.当温度降低时K值变大,剐该反应的△H______0(填“<”、“>”或“=”)
④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)
C.将H2O(g)从体系中分离 D.用更有效的催化剂
(2)在载人航天器的生态系统中.不仅要求分离除去CO2还要求提供充足的O2•某种电化学装置可实现如下转化:2CO2=2CO+O2,CO可用作燃料.已知该反应的阳极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O.划阴极反应式为:______.
(1)①该工业方法制取甲醇原理为二氧化碳与氢气反应生成甲醇和水,反应方程式为
CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g),
故答案为:CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g);
②根据三段式计算
CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)
开始(mol/L):1 3.25 0 0
变化(mol/L):0.75 2.25 0.75 0.75
平衡(mol/L):0.25 1 0.75 0.75
从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)=
=0.225mol/(L.min),2.25mol/L 10min
平衡时二氧化碳的转化率为
×100%=75%,0.75mol/L 1mol/L
故答案为:0.225mol/(L.min);75%;
③由②中知平衡时各组分的浓度,所以k=
=c(CH3OH)•c(H2O) c(CO2)•c3(H2)
=2.25,0.75×0.75 0.25×13
当温度降低时K值变大,说明平衡向正反应进行,温度降低平衡向吸放热反应进行,即正反应为放热反应,△H<0,
故答案为:2.25;<;
④使n(CH3OH)/n(CO2)增大应使平衡向正反应方向移动:
A.该反应正反应为放热反应,则升高温度平衡向逆反应方向移动,n(CH3OH)/n(CO2)减小,故A错误;
B.充入He气,参加反应的物质的浓度不变,平衡不移动,故B错误;
C.将H2O(g)从体系中分离,生成物浓度减小,平衡向正反应方向移动,故C正确;
D.用更有效的催化剂,平衡不移动,故D错误;
故答案为:C;
(2)总反应式为2CO2=2CO+O2,阳极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O,总反应式减去阳极反应式得阴极反应式,所以阴极反应为:2CO2+4e-+2H2O=2CO+4OH-,
故答案为:2CO2+4e-+2H2O=2CO+4OH-.