Question

13．在巴黎召開的第21屆聯合國氣候大會主題是減少溫室氣體的排放量，人們用不同的方法將CO₂進行轉化利用．
（1）處理CO₂的方法之一是使其與氫氣反應合成甲醇．已知氫氣、甲醇燃燒的熱化學方程式如下：
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（1）△H=-283.0kJ/mol
2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（1）△H=-726.0kJ/mol
寫出二氧化碳與氫氣合成甲醇液體的熱化學方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-61.5kJ/mol；
（2）CO₂經催化加氫還可合成低碳烯烴：
2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H=Q kJ/mol
在0.1MPa時，按n（CO₂）：n（H₂）=1：3投料，圖1表示平衡時四種氣態物質的物質的量（n）與溫度（T）的關系．
①Q＜0（填“＞”、“=”或“＜”）；
②曲線b表示的物質為H₂O；


（3）在強酸性的電解質水溶液中，用惰性材料做電極，電解CO₂可得到多種燃料，其原理如圖2所示．
①該工藝中能量轉化方式主要有太陽能轉化為電能，電能轉化為化學能；
②b為電源的正（填“正”或“負”）極，電解時，生成丙烯的電極反應式為3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₆+6H₂O；
（4）以CO₂為原料制取碳（C）的太陽能工藝如圖3所示．
①過程1中發生反應的化學方程式為2Fe₃O₄ $\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO+O₂↑；
②過程2中每生成1mol Fe₃O₄[FeO•Fe₂O₃]轉移電子的物質的量為2mol．

Answer 1

分析 （1）由①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-283.0  kJ/mol；
②2CH₃OH（1）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-726.0  kJ/mol；
根據蓋斯定律：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=$\frac{3①-②}{2}$，進行計算求解；
（2）由曲線變化可知隨著溫度升高，氫氣的物質的量逐漸增多，說明升高溫度平衡逆向移動，則正反應放熱；可知a為CO₂的變化曲線，結合計量數關系可知b為水，c為C₂H₄的變化曲線；
（3）太陽能電池為電源，電解強酸性的二氧化碳水溶液得到丙烯，丙烯在陰極生成．據此解答；
（4）①由示意圖可知，過程1中四氧化三鐵在大于2300K條件下分解生成氧化亞鐵和碳，據此解答即可；
②反應2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO+O₂↑中O元素化合價由-2價升高到0價，結合元素化合價以及方程式計算．

解答 解：（1）由①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-283.0  kJ/mol；
②2CH₃OH（1）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-726.0  kJ/mol；
根據蓋斯定律：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=$\frac{3①-②}{2}$=$\frac{3×（-283.0）-（-726.0）}{2}$=-61.5  kJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-61.5  kJ/mol；
（2）①由曲線變化可知隨著溫度升高，氫氣的物質的量逐漸增多，說明升高溫度平衡逆向移動，則正反應放熱，Q＜0，
故答案為：＜；
②隨著溫度升高，氫氣的物質的量逐漸增多，因氫氣為反應物，則另一條逐漸增多的曲線為CO₂，由計量數關系可知b為水，c為C₂H₄的變化曲線，故答案為：H₂O；
（3）①太陽能電池為電源，電解強酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，可知能量轉化形式有光能轉化為電能，電能轉化為化學能，部分電能轉化為熱能，故答案為：太陽能轉化為電能，電能轉化為化學能；
②電解時，二氧化碳在b極上生成丙烯，得到電子的一極為電源的正極，電極反應式為：3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₆+6H₂O，
故答案為：正；3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₆+6H₂O；
（4）①由示意圖可知，過程1中四氧化三鐵在大于2300K條件下分解生成氧化亞鐵和碳，反應的化學方程式為：2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO+O₂↑，
故答案為：2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO+O₂↑；
②反應2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO+O₂↑中O元素化合價由-2價升高到0價，由方程式可知，2molFe₃O₄參加反應，生成1mol氧氣，轉移4mol電子，則每分解lmolFe₃O₄轉移電子的物質的量為2mol，
故答案為：2mol．

點評 本題涉及熱化學方程式書寫和蓋斯定律計算、氧化還原、化學平衡移動以及原電池反應等知識，考查了學生分析問題、解決問題的能力，題目難度中等．