Question

資源化利用二氧化碳不僅可減少溫室氣體的排放，還可重新獲得燃料或重要工業產品。（1）有科學家提出可利用FeO吸收和利用CO₂，相關熱化學方程式如下：

6FeO(s)+CO₂(g)=2Fe₃O₄(s)+C(s) ，ΔH=—76.0 kJ·mol^-1，該反應中每放出38 kJ熱量，轉移電子的物質的量為        mol.

（2）在一定條件下，二氧化碳轉化為甲烷的反應如下：CO₂(g)+4H₂(g)CH₄(g)+2H₂O(g) ΔH＜0

①向一容積為2L的恒容密閉容器中充人一定量的CO₂和H₂，在300℃時發生上述反應，達到平衡時各物質的濃度分別為CO₂0．2mol·L^—1，H₂0.8mol·L^—1， CH₄0.8mol·L^—1，H₂O1.6mol·L^—1，起始充CO₂和H₂的物質的量分別為        、        。CO₂的平衡轉化率為       

②現有兩個相同的恒容絕熱（與外界沒有熱量交換）密閉容器I、II，在I中充人1 mot CO₂,和4 molH₂，在II中充人1 mol CH₄和2 mol H₂ O(g) , 300℃下開始反應。達到平衡時，下列說法正確的是    （填字母）。

A．容器I、II中正反應速率相同

B．容器I、II中CH₄的物質的量分數相同

C．容器I中CO₂的物質的量比容器II中的多

D．容器I中CO₂的轉化率與容器II中CH₄的轉化率之和小于1

（3）華盛頓大學的研究人員研究出一種方法，可實現水泥生產時CO₂零排放，其基本原理如圖所示：

①上述生產過程的能量轉化方式是           

②上述電解反應在溫度小于900 ⁰C時進行碳酸鈣先分解為CaO和CO₂，電解質為熔融碳酸鈉，則陽極的電極反應式為            ，陰極的電極反應式為           

 

Answer 1

【答案】

（1）2（2）①2 mol；8 mol；80%②CD

（3）①太陽能和電能轉化為化學能

②2CO₃^2-－4e^－=2CO₂↑＋O₂↑；3CO₂＋4e^－=C＋2CO₃^2-（每空2分）

【解析】

試題分析：（1）分析題給氧化還原反應知，生成1molC轉移4mol電子，根據熱化學方程式的意義知，該反應中每放出38 kJ熱量，生成0.5molC，轉移的電子為2mol；（2）①利用三行式進行計算，設起始充入CO₂和H₂的濃度分別為x、y。

CO₂(g)+4H₂(g)CH₄(g)+2H₂O(g)

起始濃度（mol·L^—1）  x      y         0      0

轉化濃度（mol·L^—1）0.8       3.2       0.8     1.6

平衡濃度（mol·L^—1）0.2       0.8       0.8     1.6

分析知，x=1 mol·L^—1,y=4 mol·L^—1,容器的體積為2L，則起始充CO₂和H₂的物質的量分別為2 mol、8 mol；CO₂的平衡轉化率=0.8/1×100%=80%；②密閉容器I、II為兩個相同的恒容絕熱（與外界沒有熱量交換）密閉容器，I中充入1 mot CO₂,和4 molH₂，300℃下開始反應，反應正向進行，該過程放熱，達到平衡后容器內溫度高于300℃，II中充入1 mol CH₄和2 mol H₂ O(g) , 300℃下開始反應，反應逆向進行，該過程吸熱，達到平衡后容器內溫度低于300℃，兩容器平衡時溫度不同，不能達到同一平衡狀態，A、容器I中溫度高，正反應速率快，錯誤；B、容器I中溫度高，升溫平衡向吸熱的逆向移動，CH₄的物質的量分數減小，錯誤；    C、容器I中溫度高，平衡逆向移動CO₂的物質的量增大，容器II中溫度低，平衡正向移動CO₂的物質的量減小，容器I中CO₂的物質的量比容器II中的多，正確；D、根據c選項分析知，容器I中CO₂的轉化率與容器II中CH₄的轉化率之和小于1，正確，選CD；（3）①根據題給裝置圖分析知，該裝置為電解池，生產過程中的能量轉化方式是太陽能和電能轉化為化學能；②由電解原理結合題給產物分析知，熔融碳酸鈉中碳酸根移向陽極，在陽極發生失電子的氧化反應生成氧氣，電極反應式為2CO₃^2-－4e^－=2CO₂↑＋O₂↑；二氧化碳在陰極發生得電子的還原反應生成碳，電極反應式為3CO₂＋4e^－=C＋2CO₃^2-。

考點：以資源化利用二氧化碳為載體考查氧化還原反應電子轉移、熱化學方程式的意義、平衡計算及電極反應式書寫。