Question

降低大气中CO2的含量及有效利用CO2，目前已引起各国普遍重视．（1）在载人航天器的生态系统中，不仅要求

降低大气中CO2的含量及有效利用CO2，目前已引起各国普遍重视．（1）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：2CO2=2CO+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______．（2）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1L的密闭容器中，充入1mol CO2和3mol H2，在500℃下发生反应：CO2（g）+3H2（g）催化剂加热、加压CH3OH（g）+H2O（g）．实验测得CO2（g）和CH3OH（g）的浓度随时间变化如图1所示．①如图2是改变温度时H2的化学反应速率随时间变化的示意图，则该反应的正反应是______（填“吸热”或“放热”）反应．②500℃达平衡时，CH3OH的体积分数为______．（3）如图3中P是可自由平行滑动的活塞，关闭K，在相同温度时，向A容器中充入1mol CH3OH（g）和2mol H2O（g），向B容器中充入1.2mol CH3OH（g）和2.4mol H2O（g），两容器分别发生上述（2）中反应的逆反应．已知起始时容器A和B的体积均为a L，反应达到平衡时容器B的体积为1.5a L，容器B中CH3OH转化率为______；维持其他条件不变，若打开K一段时间后重新达到平衡，容器B的体积为______L（连通管中气体体积忽略不计，且不考虑温度的影响）．

Answer 1

（1）电池反应式减去阳极电极反应式即得阴极电极反应式，所以阴极电极反应式为：2CO₂+2H₂O+4e^-═2CO+4OH^-或CO₂+H₂O+2e^-═CO+2OH^-，
故答案为：2CO₂+2H₂O+4e^-═2CO+4OH^-或CO₂+H₂O+2e^-═CO+2OH^-；
（2）①根据图象知，升高温度，逆反应速率大于正反应速率，平衡向逆反应方向移动，则正反应是放热反应，故答案为：放热；
②开始时c（CO₂）=1mol/L、c（H₂）=3mol/L，平衡时c（CO₂）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=c（H₂O）=0.75mol/L，则c（H₂）=3mol/L-0.75mol/L×3=0.75mol/L，CH₃OH的体积分数等于甲醇的物质的量浓度与总物质的量浓度之比，所以甲醇的体积分数=

0.75mol/L

(0.25+0.75+0.75+0.75)mol/L

×100%=30%，
故答案为：30%；
（3）B中是等压条件下的反应，等压条件下，气体的物质的量之比等于其体积之比，反应前气体的物质的量是3.6mol，则反应后气体的物质的量=

1.5aL

aL

×3.6mol=5.4mol，根据CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）知，参加反应的n（CH₃OH）=

5.4mol?3.6mol

2

×1=0.9mol，则甲醇的转化率=

0.9mol

1.2mol

×100%=75%；
打开K时，AB组成一个等温等压容器，相应的起始投入总物质的量与平衡的总体积成正比，设打开K重新达到平衡后总的体积为x，则x：（3+3.6）=1.5a：3.6
求得x=2.75a，所以B的体积为2.75a-a=1.75a，
故答案为：75%；1.75a．