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(yè)產(chǎn)品。（1）有科學(xué)家提出可利用FeO吸收和利用CO₂，相關(guān)熱化學(xué)方程式如下：

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

（2）在一定條件下，二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷的反應(yīng)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(shí)發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)各物質(zhì)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(zhì)的量分別為        、        。CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為       

②現(xiàn)有兩個(gè)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(yīng)。達(dá)到平衡時(shí)，下列說法正確的是    （填字母）。

A．容器I、II中正反應(yīng)速率相同

B．容器I、II中CH₄的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)相同

C．容器I中CO₂的物質(zhì)的量比容器II中的多

D．容器I中CO₂的轉(zhuǎn)化率與容器II中CH₄的轉(zhuǎn)化率之和小于1

（3）華盛頓大學(xué)的研究人員研究出一種方法，可實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)時(shí)CO₂零排放，其基本原理如圖所示：

①上述生產(chǎn)過程的能量轉(zhuǎn)化方式是           

②上述電解反應(yīng)在溫度小于900 ⁰C時(shí)進(jìn)行碳酸鈣先分解為CaO和CO₂，電解質(zhì)為熔融碳酸鈉，則陽極的電極反應(yīng)式為            ，陰極的電極反應(yīng)式為           

 

Answer 1

【答案】

（1）2（2）①2 mol；8 mol；80%②CD

（3）①太陽能和電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)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(yīng)知，生成1molC轉(zhuǎn)移4mol電子，根據(jù)熱化學(xué)方程式的意義知，該反應(yīng)中每放出38 kJ熱量，生成0.5molC，轉(zhuǎn)移的電子為2mol；（2）①利用三行式進(jìn)行計(jì)算，設(shè)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(zhuǎn)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(zhì)的量分別為2 mol、8 mol；CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率=0.8/1×100%=80%；②密閉容器I、II為兩個(gè)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(yīng)，反應(yīng)正向進(jìn)行，該過程放熱，達(dá)到平衡后容器內(nèi)溫度高于300℃，II中充入1 mol CH₄和2 mol H₂ O(g) , 300℃下開始反應(yīng)，反應(yīng)逆向進(jìn)行，該過程吸熱，達(dá)到平衡后容器內(nèi)溫度低于300℃，兩容器平衡時(shí)溫度不同，不能達(dá)到同一平衡狀態(tài)，A、容器I中溫度高，正反應(yīng)速率快，錯(cuò)誤；B、容器I中溫度高，升溫平衡向吸熱的逆向移動(dòng)，CH₄的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減小，錯(cuò)誤；    C、容器I中溫度高，平衡逆向移動(dòng)CO₂的物質(zhì)的量增大，容器II中溫度低，平衡正向移動(dòng)CO₂的物質(zhì)的量減小，容器I中CO₂的物質(zhì)的量比容器II中的多，正確；D、根據(jù)c選項(xiàng)分析知，容器I中CO₂的轉(zhuǎn)化率與容器II中CH₄的轉(zhuǎn)化率之和小于1，正確，選CD；（3）①根據(jù)題給裝置圖分析知，該裝置為電解池，生產(chǎn)過程中的能量轉(zhuǎn)化方式是太陽能和電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；②由電解原理結(jié)合題給產(chǎn)物分析知，熔融碳酸鈉中碳酸根移向陽極，在陽極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)生成氧氣，電極反應(yīng)式為2CO₃^2-－4e^－=2CO₂↑＋O₂↑；二氧化碳在陰極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)生成碳，電極反應(yīng)式為3CO₂＋4e^－=C＋2CO₃^2-。

考點(diǎn)：以資源化利用二氧化碳為載體考查氧化還原反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移、熱化學(xué)方程式的意義、平衡計(jì)算及電極反應(yīng)式書寫。