Question

19．二氧化碳的捕集、利用與封存是能源領(lǐng)域的一個(gè)重要研究課題
（1）在太陽能作用下，以CO₂為原料制取碳（C）的流程如圖1所示．

①熱分解系統(tǒng)每分解0.5mol Fe₃O₄轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1mol．
②該系統(tǒng)的總反應(yīng)的化學(xué)方程式是CO₂═C+O₂．
（2）二氧化碳催化加氫可合成低碳烯：
2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H₁=-a kJ•mol^-1，有關(guān)能量變化如圖2所示：
①幾種物質(zhì)具有的能量（在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，規(guī)定單質(zhì)的能量為0，測得其他物質(zhì)在生成時(shí)放出或吸收的熱量即為其具有的能量）如表所示：

物質(zhì)	CO2（g）	C2H4（g）	H2O（g）
能量/kJ•mol-1	-394	52	-242

則a=128
②幾種化學(xué)鍵的鍵能如下：

化學(xué)鍵	C=O	H-H	C=C	O-H
鍵能/kJ•mol-1	803	b	615	463

則b=436
（3）據(jù)報(bào)道以二氧化碳為原料采用特殊的電極電解強(qiáng)酸性的二氧化碳水溶液可得到多種燃料，其原理如圖三所示．

①該工藝中能量轉(zhuǎn)化方式主要有太陽能轉(zhuǎn)化為電能、電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能（寫出其中兩種形式即可）．
②其中b極上生成丙烯（CH₃CH=CH₂）的電極反應(yīng)式為3CO₂+18H⁺+18e^-=CH₃CH=CH₂+6H₂O．
③乙烯和氧氣反應(yīng)通過上圖四裝置可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，b電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

Answer 1

分析 （1）①反應(yīng)2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO+O₂↑中O元素化合價(jià)由-2價(jià)升高到0價(jià)，結(jié)合元素化合價(jià)以及方程式計(jì)算；
②由示意圖可知，重整系統(tǒng)中CO₂和FeO反應(yīng)生成Fe₃O₄和C；
（2）由曲線變化可知隨著溫度升高，氫氣的物質(zhì)的量逐漸增多，說明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)放熱；可知a為CO₂的變化曲線，結(jié)合計(jì)量數(shù)關(guān)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(qiáng)酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，乙烯在陰極生成．

解答 解：（1）①反應(yīng)2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO6FeO+O₂↑中O元素化合價(jià)由-2價(jià)升高到0價(jià)，由方程式可知，2molFe₃O₄參加反應(yīng)，生成1mol氧氣，轉(zhuǎn)移4mol電子，則每分解lmolFe₃O₄轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol，故答案為：2mol；
②由示意圖可知，重整系統(tǒng)中CO₂和FeO反應(yīng)生成Fe₃O₄和C，反應(yīng)的方程式為6FeO+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄+C，故答案為：6FeO+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄+C；
（2）①隨著溫度升高，氫氣的物質(zhì)的量逐漸增多，因氫氣為反應(yīng)物，則另一條逐漸增多的曲線為CO₂，由計(jì)量數(shù)關(guān)系可知b為水，c為C₂H₄的變化曲線，
故答案為：H₂O；
②由曲線變化可知隨著溫度升高，氫氣的物質(zhì)的量逐漸增多，說明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)放熱，故答案為：＜；
③為提高CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率，除改變溫度外，還可采取的措施是增大壓強(qiáng)或提高$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$比值，故答案為：增大壓強(qiáng)或提高$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$比值；
（3）①太陽能電池為電源，電解強(qiáng)酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，可知能量轉(zhuǎn)化形式有太陽能轉(zhuǎn)化為電能，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，部分電能轉(zhuǎn)化為熱能，
故答案為：太陽能轉(zhuǎn)化為電能、電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；
②電解時(shí)，二氧化碳在b極上生成丙烯，電極反應(yīng)式為3CO₂+18H⁺+18e^-=CH₃CH=CH₂+6H₂O，故答案為：3CO₂+18H⁺+18e^-=CH₃CH=CH₂+6H₂O．
③乙烯和氧氣反應(yīng)中，電子流出的一極為負(fù)極，b電極為正極，b電極反應(yīng)式為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

點(diǎn)評 本題較為綜合，涉及氧化還原、化學(xué)平衡移動(dòng)以及原電池反應(yīng)等知識(shí)，考查了學(xué)生分析問題、解決問題的能力，題目難度中等．注意電極正負(fù)極的判斷以及反應(yīng)式的書寫，注意燃料電池的負(fù)極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)．