Question

13．二氧化碳的回收利用是環保領域研究的熱點課題．
（1）在太陽能的作用下，以CO₂為原料制取炭黑的流程如圖1所示．其總反應的化學方程式為CO₂$\frac{\underline{\;△或太陽能\;}}{FeO}$C+O₂．

（2）CO₂經過催化氫化合成低碳烯烴．其合成乙烯的反應為2C0₂（g）+6H₂（g）?CH₂=CH₂（g）+4H₂0（g）△H，
幾種物質的能量（在標準狀況下，規定單質的能量為0，測得其他物質在生成時所放出或吸收的熱量）如下表所示：

物質	H2（g）	CO2（g）	CH2=CH2（g）	H2O（g）
能量/kJ•mol-1	0	-394	52	-242

則△H=-128kJ/mol
（3）在2L恒容密閉容器中充入2molCO₂和nmol H₂，在一定條件下發生（2）中的反應，CO₂的轉化率與溫度、投料比[X=$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]的關系如圖2所示．
①X₁＞  X₂（填“＞”、“＜”或“=”，下同），平衡常數K_A＞ K_B．
②若B點的投料比為3，且從反應開始到B點需要10min，則v（H₂）=0.225mol/（L．min）．
（4）以稀硫酸為電解質溶液，利用太陽能將CO₂轉化為低碳烯烴，工作原理圖如圖3．
①b電極的名稱是正極．
②產生丙烯的電極反應式為3CO₂+18H⁺+18e^-=CH₃CH=CH₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）在700K條件下，CO₂和FeO發生反應生成C和Fe₃O₄，過程1中Fe₃O₄分解生成FeO和O₂，所以整個反應過程中FeO作催化劑，根據反應物和生成物及反應條件書寫方程式；
（2）焓變等于生成物總能量減去反應物總能量；
（3）①相同條件下，投料比[X=$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]越大，二氧化碳的轉化率越大，據此判斷X₁、X₂的相對大小；該反應的正反應是放熱反應，溫度越高其平衡常數越小；
②若B點的投料比為3，且從反應開始到B點需要10min，n（CO₂）=2mol，則n（H₂）=10mol，B點二氧化碳的轉化率為75%，則參加反應的n（CO₂）=2mol×75%=1.5mol，根據二氧化碳和氫氣之間的關系式知，參加反應的n（H₂）=3n（CO₂）=4.5mol，則v（H₂）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$；
（4）①根據圖知，生成氧氣的電極是陽極，則連接陽極的電源電極為正極；
②陰極上二氧化碳得電子和氫離子反應生成丙烯和水．

解答 解：（1）在700K條件下，CO₂和FeO發生反應生成C和Fe₃O₄，過程1中Fe₃O₄分解生成FeO和O₂，所以整個反應過程中FeO作催化劑，根據反應物和生成物及反應條件書寫方程式為CO₂$\frac{\underline{\;△或太陽能\;}}{FeO}$C+O₂，
故答案為：CO₂$\frac{\underline{\;△或太陽能\;}}{FeO}$C+O₂；
（2）焓變等于生成物總能量減去反應物總能量，則該反應的焓變=[52+（-242）×4-（-392）×2-0]kJ/mol=-128kJ/mol，故答案為：-128kJ/mol；
（3）①相同條件下，投料比[X=$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]越大，二氧化碳的轉化率越大，根據圖知，相同溫度下X₁的轉化率大于X₂，所以X₁＞X₂；該反應的正反應是放熱反應，溫度越高其平衡常數越小，溫度A＜B，所以平衡常數A＞B，
故答案為：＞；＞；
②若B點的投料比為3，且從反應開始到B點需要10min，n（CO₂）=2mol，則n（H₂）=10mol，B點二氧化碳的轉化率為75%，則參加反應的n（CO₂）=2mol×75%=1.5mol，根據二氧化碳和氫氣之間的關系式知，參加反應的n（H₂）=3n（CO₂）=4.5mol，則v（H₂）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{4.5mol}{2L}}{10min}$=0.225mol/（L．min），
故答案為：0.225mol/（L．min）；
（4）①根據圖知，生成氧氣的電極是陽極，則連接陽極的電源電極為正極，所以b為正極，
故答案為：正極；
②陰極上二氧化碳得電子和氫離子反應生成丙烯和水，電極反應式為3CO₂+18H⁺+18e^-=CH₃CH=CH₂+6H₂O，故答案為：3CO₂+18H⁺+18e^-=CH₃CH=CH₂+6H₂O．

點評 本題考查化學平衡計算、原電池和電解池原理等知識點，為高頻考點，側重考查學生分析計算能力，難點是電極反應式的書寫，注意結合電解質溶液酸堿性書寫．