Question

17．綜合利用CO₂、CO對構建低碳社會有重要意義．
（1）Li₄SiO₄可用于富集得到高濃度CO₂．原理是：在500℃，低濃度CO₂與Li₄SiO₄接觸后生成兩種鋰鹽；平衡后加熱至700℃，反應逆向進行，放出高濃度CO₂，Li₄SiO₄再生．700℃時反應的化學方程式為Li₂CO₃+Li₂SiO₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$CO₂+Li₄SiO₄．
（2）固體氧化物電解池（SOEC）用于高溫共電解CO₂/H₂O，既可高效制備合成氣（CO+H₂），又可實現(xiàn)CO₂的減排，其工作原理如圖1．
①b為電源的正極（填“正極”或“負極”）．
②寫出電極c發(fā)生的電極反應式：CO₂+2e^-═CO+O^2-、H₂O+2e^-═H₂+O^2-．

（3）電解生成的合成氣在催化劑作用下發(fā)生如下反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．對此反應進行如下研究：某溫度下在一恒壓容器中分別充入1.2mol CO和1mol H₂，達到平衡時容器體積為2L，且含有0.4mol CH₃OH（g），則該反應平衡常數(shù)值為50，此時向容器中再通入0.35mol CO氣體，則此平衡將向逆反應方向（填“向正反應方向”“不”或“向逆反應方向”）移動．
（4）已知：

若甲醇的燃燒熱為△H₃，試用△H₁、△H₂、△H₃表示CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l）的△H，則△H=△H=2△H₁-△H₂-△H₃．
（5）利用太陽能和缺鐵氧化物可將廉價CO₂熱解為碳和氧氣，實現(xiàn)CO₂再資源化，轉化過程如圖2所示，若用1mol缺鐵氧化物與足量CO₂完全反應可生成0.1mol C（碳）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題干信息，反應物為CO₂與Li₄SiO₄，生成物有Li₂CO₃，根據(jù)質量守恒進行解答；
（2）二氧化碳、水分別在a極得到電子發(fā)生還原反應生成一氧化碳、氫氣，同時生成氧離子；電極b氧離子失去電子發(fā)生氧化反應生成氧氣；
（3）根據(jù)平衡常數(shù)的計算公式計算，恒溫恒壓下，體積之比等于物質的量之比，據(jù)此計算加入0.35molCO時容器的體積，計算此時濃度商，與平衡常數(shù)相比判斷反應進行方向；
（4）由圖反應Ⅰ可知H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l），△H₁；由反應Ⅱ可知：CO₂（g）=CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g），△H₂；若甲醇的燃燒熱為△H₃，所以CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=2H₂O（l）+CO₂（g），△H₃運用蓋斯定律計算焓變；
（5）依據(jù)反應物和產物利用直平法配平化學方程式，利用碳元素守恒計算得到．

解答 解：（1）在500℃，CO₂與Li₄SiO₄接觸后生成Li₂CO₃，反應物為CO₂與Li₄SiO₄，生成物有Li₂CO₃，根據(jù)質量守恒可知產物還有Li₂SiO₃，所以700℃時反應的化學方程式為：Li₂CO₃+Li₂SiO₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$CO₂+Li₄SiO₄，故答案為：Li₂CO₃+Li₂SiO₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$CO₂+Li₄SiO₄；
（2）①CO₂+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{高溫}$CO+H₂+O₂，二氧化碳中的碳元素化合價降低，被還原，水中的氫元素化合價降低被還原，反應物中的氧元素化合價升高，被氧化，失去電子發(fā)生氧化反應生成氧氣，所以電極d為陽極，所以b為電源的正極，故答案為：正極；
②二氧化碳在a極得到電子發(fā)生還原反應生成一氧化碳同時生成氧離子，反應電極反應式為：CO₂+2e^-═CO+O^2-，水中的氫元素化合價降低被還原，電極反應式為：H₂O
+2e^-=H₂+O^2-，故答案為：CO₂+2e^-═CO+O^2-；H₂O+2e^-=H₂+O^2-；
（3）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始：1.2mol 1mol       0
轉化：0.4mol 0.8mol   0.4mol
平衡：0.8mol 0.2mol   0.4mol
所以：k=$\frac{0.2mol/L}{0.4mol/L×（0.1mol/L）^{2}}$=50（mol/L）^-2，此時向容器中再通入0.35molCO氣體，假設平衡不移動時，此時容器體積為：2L×$\frac{（0.35+0.8+0.2+0.4）mol}{（0.8+0.2+0.4）mol}$=2.5L，則濃度商Qc=$\frac{\frac{0.4}{2.5}}{\frac{1.15}{2.5}×（\frac{0.2}{2.5}）^{2}}$=54.3，大于平衡常數(shù)50，平衡向逆反應方向移動，
故答案為：50；逆反應方向；
（4）由圖反應Ⅰ可知H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l），△H₁；由反應Ⅱ可知：CO₂（g）=CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g），△H₂；若甲醇的燃燒熱為△H₃，所以CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=2H₂O（l）+CO₂（g），△H₃；所以蓋斯定律，目標反應為：△H=2△H₁-△H₂-△H₃，故答案為：：△H=2△H₁-△H₂-△H₃；
（5）依據(jù)圖示得到化學方程式為：Fe_0.9O+0.1CO₂=xC+$\frac{0.9}{3}$Fe₃O₄，依據(jù)碳原子守恒得到x=0.1．
故答案為：0.1．

點評 本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算和應用，電解池電極反應的分析書寫，化學平衡常數(shù)的計算，原子守恒氧化還原反應的計算應用，題目難度中等．