Question

CO₂、SO₂、NO_x是對環(huán)境影響較大的氣體，控制和治理CO₂、SO₂、NO_x是解決溫室效應(yīng)、減少酸雨和光化學(xué)煙霧的有效途徑．
（1）工業(yè)上正在研究利用CO₂來生產(chǎn)甲醇燃料的方法，該方法的化學(xué)方程式是：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1
某科學(xué)實(shí)驗(yàn)小組將6mol CO₂和8mol H₂充入一容積為2L的密閉容器中（溫度保持不變），測得H₂的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖1中實(shí)線所示（圖中字母后的數(shù)字表示對應(yīng)的坐標(biāo)）．

回答下列問題：
①該反應(yīng)在0～8min內(nèi)CO₂的平均反應(yīng)速率是

 

mol?L^-1?min^-1
②此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K的數(shù)值為

 

．
③僅改變某一條件再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測得H₂的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖1中虛線所示．與實(shí)線相比，曲線Ⅰ改變的條件可能是

 

，曲線Ⅱ改變的條件可能是

 

．若實(shí)線對應(yīng)條件下平衡常數(shù)為K，曲線Ⅰ對應(yīng)條件下平衡常數(shù)為K₁，曲線Ⅱ?qū)��?yīng)條件下平衡常數(shù)為K₂，則K、K₁和K₂的大小關(guān)系是

 

．
（2）有學(xué)者設(shè)想以如圖2所示裝置用電化學(xué)原理將CO₂、SO₂轉(zhuǎn)化為重要化工原料．
①若A為CO₂，B為H₂，C為CH₃OH，則正極電極反應(yīng)式為

 

．
②若A為SO₂，B為O₂，C為H₂SO₄，則電池總反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：用化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行計(jì)算,原電池和電解池的工作原理,化學(xué)反應(yīng)速率的概念

專題：

分析：（1）①根據(jù)公式v=

△n V

△t

計(jì)算氫氣的速率，然后根據(jù)速率之比等于對應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算；
②由圖可知，8min時(shí)，反應(yīng)到達(dá)平衡，平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量為2mol，根據(jù)三段式計(jì)算平衡時(shí)各組分的濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算；
③曲線I反應(yīng)速率增大，但轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量少，應(yīng)是升高溫度，因該反應(yīng)放熱，升高溫度平衡逆向移動(dòng)；
曲線Ⅱ反應(yīng)速率增大，轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量多，平衡正向移動(dòng)，應(yīng)是增大壓強(qiáng)；
平衡常數(shù)只受溫度的影響，該反應(yīng)放熱，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小．
（2）①燃料電池的工作原理，正極上是氧氣獲得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氧根；
②原電池反應(yīng)本質(zhì)為：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄．

解答： 解：（1）①首先求出氫氣的速率v=

8-2 2

8

=

3

8

mol/（L?min），又因?yàn)関（CO₂）=

1

3

v（H₂）=0.125mol/（L?min），故答案為：0.125；
②由圖可知，8min時(shí)，反應(yīng)到達(dá)平衡，平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量為2mol，參加反應(yīng)的氫氣為8mol-2mol=6mol，氫氣的濃度變化量為

6mol

2L

=3mol/L，則：
             CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始（mol/L）：3        4         0         0
變化（mol/L）：1        3         1          1    
平衡（mol/L）：2        1         1          1
故該溫度下平衡常數(shù)K=

1×1

2×13

=0.5，
故答案為：0.5；
③曲線I反應(yīng)速率增大，但轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量少，應(yīng)是升高溫度，因該反應(yīng)放熱，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，不利于氫氣的轉(zhuǎn)化，故曲線I是升高溫度；
曲線Ⅱ反應(yīng)速率增大，轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量多，因增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，故應(yīng)是增大壓強(qiáng)；
平衡常數(shù)只受溫度的影響，該反應(yīng)放熱，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，故溫度越高平衡常數(shù)越小，曲線Ⅰ溫度最高，實(shí)線和曲線Ⅱ溫度相同，故K₁＜K=K₂，
故答案為：升高溫度； 增大壓強(qiáng)；K₁＜K=K₂；
（2）①燃料電池的工作時(shí)，正極上是CO₂發(fā)生得電子得還原反應(yīng)，即CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O，
故答案為：CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O；
②若A為SO₂，B為O₂，C為H₂SO₄時(shí)，電極總反應(yīng)為：2SO₂+O₂+H₂O=2H₂SO₄，故答案為：2SO₂+O₂+H₂O=2H₂SO₄．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡常數(shù)影響因素、化學(xué)平衡圖象，電化學(xué)等，注意根據(jù)反應(yīng)的特征分析圖象中條件的改變，難度中等．