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）有科學家提出可利用Fe0吸收和利用CO₂，相關熱化學方程式如下
6FeO（s）+CO₂（g）═2Fe₃O₄（s）+C（g）△H=-76.0KJ?mol^-1該反應中每放出38kJ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）△H＜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(fā)生上述反應，達到平衡時各物質的濃度分別為CO₂ 0.2mol?L^-1，H₂ 0.8mol?L^-1，CH₄ 0.8mol?L^-1，H₂O 1.6mol?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(xiàn)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1mol CO₂和4mol H₂，在II中充人1mol CH₄和2mol H₂O（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(shù)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(xiàn)水泥生產(chǎn)時CO₂零排放，其基本原理如圖所示：
①上述生產(chǎn)過程的能量轉化方式是

 

．
②上述電解反應在溫度小于900℃時進行碳酸鈣先分解為Ca0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

考點：化學平衡的計算,有關反應熱的計算,化學平衡的影響因素,電解原理

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)熱化學方程式和反應放出的熱量計算反應的量，計算電子轉移；
（2）①依據(jù)化學平衡三段式列式計算；
②A．容器Ⅰ中從正反應開始到達平衡，容器Ⅱ中從逆反應開始到達，平衡建立的途徑不相同；
B．容器Ⅱ中相當于在容器Ⅰ中平衡的基礎上再加入1mol CO和1mol H₂O，反應向正反應進行，故容器Ⅱ中到達平衡時溫度更高，該反應正反應是放熱反應，溫度越高平衡常數(shù)越小，CH₄的物質的量分數(shù)不相同；
C．容器Ⅱ中所到達的平衡狀態(tài)，相當于在容器Ⅰ中平衡的基礎上降低溫度，平衡向正反應移動；
D．溫度相同時，容器Ⅰ中CO 的轉化率與容器Ⅱ中CO₂的轉化率之和等于1，容器Ⅱ中所到達的平衡狀態(tài)，相當于在容器Ⅰ中平衡的基礎上降低溫度，平衡向正反應移動；
（3）①依據(jù)圖示可知是太陽能和電能轉化為化學能的變化過程；
②上述電解反應在溫度小于900℃時進行碳酸鈣先分解為Ca0和CO₂，電解質為熔融碳酸鈉，則陽極的電極反應是碳酸根離子失電子生成氧氣的過程，陰極是二氧化碳得到電子生成碳，依據(jù)電子守恒和傳導離子配平書寫電極反應；

解答： 解：（1）6FeO（s）+CO₂（g）═2Fe₃O₄（s）+C（g）△H=-76.0KJ?mol^-1該反應中每放出38kJ熱量，反應的二氧化碳物質的量為0.5mol，1mol二氧化碳反應轉移電子4mol，0.5mol二氧化碳反應轉移電子2mol，所以轉移電子的物質的量2mol；
故答案為：2；
（2）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(fā)生上述反應，達到平衡時各物質的濃度分別為CO₂ 0.2mol?L^-1，H₂ 0.8mol?L^-1，CH₄ 0.8mol?L^-1，H₂O 1.6mol?L^-1 ，起始充CO₂和H₂的物質的量分別為x、y；
        CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）
起始量   x        y       0        0
變化量   1.6      6.4     1.6     3.2
平衡量   0.4      1.6      1.6     3.2
x=1.6mol+0.4mol=2mol，y=6.4mol+1.6mol=8mol；
CO₂的平衡轉化率=

1.6mol

2mol

×100%=80%；
故答案為：2 mol；8 mol；80%
②A．容器Ⅰ中從正反應開始到達平衡，容器Ⅱ中從逆反應開始到達，平衡建立的途徑不相同，無法比較反應速率，故A錯誤
B．容器Ⅱ中相當于在容器Ⅰ中平衡的基礎上再加入1mol CO和1mol H₂O，反應向正反應進行，故容器Ⅱ中到達平衡時溫度更高，該反應正反應是放熱反應，溫度越高平衡常數(shù)越小，CH₄的物質的量分數(shù)不相同，故B錯誤；
C．容器Ⅱ中所到達的平衡狀態(tài)，相當于在容器Ⅰ中平衡的基礎上降低溫度，平衡向正反應移動，故容器Ⅰ中CO 的物質的量比容器Ⅱ中的多，故C正確；
D．溫度相同時，容器I中CO 的轉化率與容器Ⅱ中CO₂的轉化率之和等于1，容器Ⅱ中所到達的平衡狀態(tài)，相當于在容器Ⅰ中平衡的基礎上降低溫度，平衡向正反應移動，二氧化碳的轉化率比兩容器相同溫度時容器Ⅱ中CO₂的轉化率低，故容器Ⅰ中CO 的轉化率與容器Ⅱ中CO₂的轉化率之和小于1，故D正確；
故選CD．
（3）①依據(jù)圖示可知是太陽能和電能轉化為化學能的變化過程；
故答案為：太陽能和電能轉化為化學能；
②述電解反應在溫度小于900℃時進行碳酸鈣先分解為Ca0和CO₂，電解質為熔融碳酸鈉，則陽極的電極反應是碳酸根離子失電子生成氧氣的過程，電極反應為：2CO₃^2--4e^-═2CO₂↑+O₂↑，陰極是二氧化碳得到電子生成碳，依據(jù)電子守恒和傳導離子配平書寫電極反應為：3CO₂+4e^-═C+2CO₃^2-；
故答案為：2CO₃^2--4e^-═2CO₂↑+O₂↑，3CO₂+4e^-═C+2CO₃^2-；

點評：本題考查熱化學方程式書寫，電池電極反應，影響化學平衡的因素、化學平衡的建立等，難度較大，構建平衡建立的途徑進行比較是關鍵．