Question

【題目】2016年11月4日是《巴黎協(xié)定》氣候協(xié)議生效的日期，其宗旨是提高綠色低碳轉(zhuǎn)型的競爭力、抵御氣候變化，人們需要用不同的方法將CO2進行轉(zhuǎn)化利用。

（1）處理CO2的方法之一是使其與氫氣反應(yīng)合成甲醇。已知氫氣、甲醇燃燒的熱化學方程式如下：

2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) △H=－283.0kJ·mol－1

2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(1) △H=－726.0kJ·mol－1

寫出二氧化碳與氫氣合成甲醇液體的熱化學方程式_________；

（2）CO2經(jīng)催化加氫還可合成低碳烯烴：2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) △H=QkJ·mol－1在0.1MPa時，按n(CO2):n(H2)＝1:3投料，右圖表示平衡時四種氣態(tài)物質(zhì)的物質(zhì)的量（n）與溫度（T）的關(guān)系。

①Q(mào)______0（填“>”、“＝”或“<”）；

②曲線b表示的物質(zhì)為_____。

（3）在強酸性的電解質(zhì)水溶液中，用惰性材料做電極，電解CO2可得到多種燃料，其原理如右圖所示。

①該工藝中能量轉(zhuǎn)化方式主要有______；

②電解時，生成丙烯（C3H6）的電極反應(yīng)式為______。

（4）以CO2為原料制取碳（C）的太陽能工藝如右圖所示。

①過程1中發(fā)生反應(yīng)的化學方程式為______；

②過程2中每生成1molFe3O4[FeOFe2O3]轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為______。

Answer 1

【答案】CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l)△H=－61.5kJ·mol－1 ＜ H2O 太陽能轉(zhuǎn)化為電能，電能轉(zhuǎn)化為化學能 3CO2+18H++18e-=C3H6+6H2O 2Fe3O4=6FeO+O2↑ 2mol

【解析】

(1)由①2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) △H=－283.0kJ·mol－1；

②2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(1) △H=－726.0kJ·mol－1根據(jù)蓋斯定律計算；

(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，則正反應(yīng)放熱;可知a為CO2的變化曲線，結(jié)合計量數(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，電解強酸性的二氧化碳水溶液得到丙烯，丙烯在陰極生成；

(4)①由示意圖可知，過程1中四氧化三鐵在大于2300K條件下分解生成氧化亞鐵和碳；

②反應(yīng)2Fe3O4=6FeO+O2↑中O元素化合價由-2價升高到0價，結(jié)合元素化合價以及方程式計算。

(1)由①2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) △H=－283.0kJ·mol－1

②2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(1) △H=－726.0kJ·mol－1

根據(jù)蓋斯定律:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(l)+H2O(l) △H==61.5kJ/mol,

故答案為:：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) △H=－61.5kJ·mol－1；

(2)①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，則正反應(yīng)放熱，Q<0，故答案為：<；

②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，由計量數(shù)關(guān)系可知b為水，c為C2H4的變化曲線，故答案為：H2O；

(3)①太陽能電池為電源，電解強酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，可知能量轉(zhuǎn)化形式有光能轉(zhuǎn)化為電能，電能轉(zhuǎn)化為化學能，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)化為化學能；

②電解時，二氧化碳在b極上生成丙烯，得到電子的一極為電源的正極，電極反應(yīng)式為：3CO2+18H++18e-=C3H6+6H2O，故答案為：3CO2+18H++18e-=C3H6+6H2O；

(4)①由示意圖可知，過程1中四氧化三鐵在大于2300K條件下分解生成氧化亞鐵和碳反應(yīng)的化學方程式為2Fe3O4=6FeO+O2↑；故答案為：2Fe3O4=6FeO+O2↑；

②反應(yīng)2Fe3O4=6FeO+O2↑中O元素化合價由-2價升高到0價，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。