Question

20．圖1是碳的正常循環，但由于過度燃燒化石燃料，造成二氧化碳濃度不斷上升．研究和解決二氧化碳捕集、存儲和轉化問題成為當前化學工作者的重要使命．

（1）有關碳循環的說法中正確的是ac
a．光合作用是光能轉化成化學能
b．化石燃料是可再生的
c．循環過程有氧化還原反應
d．石油中含乙烯、丙烯，通過加聚反應得到高分子化合物
（2）用釕的配合物作催化劑，一定條件下可直接光催化分解CO₂發生反應：2CO₂（g）═2CO（g）+O₂（g），該反應的△H＞0，（選填：＞、＜、=）．
（3）CO₂轉化途徑之一是：利用太陽能或生物質能分解水制H₂，然后將H₂與CO₂轉化為甲醇或其它的物質．
2H₂O（1）═2H₂（g）+O₂（g）△H=+571.5kJ•mol^-1
3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（1）△H=-137.8kJ•mol^-1
則反應：4H₂O （1）+2CO₂（g）═2CH₃OH（l）+3O₂（g）△H=+1438.9kJ•mol^-1．
你認為該方法需要解決的技術問題有：ab．
a．開發高效光催化劑
b．將光催化制取的氫氣從反應體系中有效分離，并與CO₂催化轉化．
c．二氧化碳及水資源的來源供應
（4）用稀氨水噴霧捕集CO₂最終可得產品NH₄HCO₃．在捕集時，氣相中有中間體    NH₂COONH₄（氨基甲酸銨）生成．現將一定量純凈的氨基甲酸銨置于恒容的密閉真空容器中，分別在不同溫度下進行反應：NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g）．實驗測得的有關數據見下表．（ t₁＜t₂＜t₃）

溫度（℃） 氣體總濃度 （mol/L） 時間（min）	15	25	35
0	0	0	0
t1	9×10-3	2.7×10-2	8.1×10-2
t2	3×10-2	4.8×10-2	9.4×10-2
t3	3×10-2	4.8×10-2	9.4×10-2

氨基甲酸銨分解反應是吸熱 反應（“放熱”、“吸熱”）．在15℃，此反應的化學平衡常數為：4×10^-6．
（5）用一種鉀鹽水溶液作電解質，CO₂電催化還原為碳氫化合物（其原理見圖）．在陰極上產生乙烯的電極反應方程式為：2CO₂+12H⁺+12e^-=CH₂=CH₂+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）a．光合作用是光能轉化成化學能；
b．化石燃料是不可再生的
c．化石燃料轉化為二氧化碳的循環過程是氧化還原反應；
d．裂解的目的是為了獲得乙烯、丙烯、丁二烯、丁烯、乙炔等；而不是石油中含乙烯、丙烯；
（2）當△G=△H-T•△S＜0時，反應能自發進行；
（3）根據蓋斯定律，結合已知熱化學方程式，計算求解；根據所以發生反應需要的條件判斷；
（4）根據表中溫度對生產氣體的濃度的影響分析；根據表中數據求出反應NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g）的平衡常數，表中數據求出反應NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g）可知，c（NH₃）=3×10^-2×$\frac{2}{3}$=2×10^-2mol/L，c（CO₂）=3×10^-2×$\frac{1}{3}$=1×10^-2mol/L；
（5）在陰極上二氧化碳得電子生成乙烯，所以其電極反應式為：2CO₂+12H⁺+12e^-=CH₂=CH₂+4H₂O．

解答 解：（1）a．光合作用是光能轉化成化學能，故正確；
b．化石燃料是不可再生的，故錯誤；
c．化石燃料轉化為二氧化碳的循環過程是氧化還原反應，故正確；
d．裂解的目的是為了獲得乙烯、丙烯、丁二烯、丁烯、乙炔等；而不是石油中含乙烯、丙烯，故錯誤；故選：ac；
（2）2CO₂（g）→2CO（g）+O₂（g），反應后氣體物質的量增大，則混亂度增大，即△S＞0；一定條件下可直接光催化分解CO₂發生反應，△G=△H-T•△S＜0時，反應能自發進行，則該反應△H＞0，
故答案為：＞；
（3）光催化制氫：①2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）△H=+571.5kJ•mol^-1
H₂與CO₂耦合反應：②3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-137.8kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，把①×3+②×2得方程4H₂O（l）+2CO₂（g）→2CH₃OH（l）+3O₂（g）△H=571.5×3+（-137.8）×2=1438.9kJ•mol^-1；根據所以發生反應需要的條件可知需要解決的技術問題有：開發高效光催化劑；將光催化制取的氫從反應體系中有效分離，并與CO₂耦合催化轉化；
故答案為：+1438.9；ab；
（4）從表中數據可以看出，隨著溫度升高，氣體的總濃度增大，平衡正向移動，則該反應為吸熱反應；表中數據求出反應NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g）可知，c（NH₃）=3×10^-2×$\frac{2}{3}$=2×10^-2mol/L，c（CO₂）=3×10^-2×$\frac{1}{3}$=1×10^-2mol/L，所以K=c²（NH₃）×c（CO₂）=（2×10^-2mol）²×1×10^-2=4×10^-6，故答案為：吸熱；4×10^-6；
（5）在陰極上二氧化碳得電子生成乙烯，所以其電極反應式為：2CO₂+12H⁺+12e^-=CH₂=CH₂+4H₂O，故答案為：2CO₂+12H⁺+12e^-=CH₂=CH₂+4H₂O．

點評 本題考查了蓋斯定律的應用，反應速率概念及其計算，化學平衡、化學平衡常數的概念及其計算，以及判斷反應的焓變、熵變，電極方程式的書寫等相關知識的試題，要求考生利用圖表、進行數據分析判斷，吸收、提取有效信息，突出了化學信息運用能力的考查，題目難度較大．