Question

11．二氧化碳的回收利用是環(huán)保領域研究的熱點課題．
（1）CO₂經(jīng)催化加氫可合成低碳烯烴：
2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H在0.1MPa時，按n（CO₂）：n（H₂）=1：3投料，如圖1所示不同溫度（T）下，平衡時的四種氣態(tài)物質(zhì)的物質(zhì)的量（n）的關系．
①該反應的△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）．
②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．
（2）向2L恒容密閉容器中充入2mol CO₂（g）和n mol H₂（g），在一定條件下發(fā)生（1）中反應．CO₂的轉(zhuǎn)化率與溫度、投料比 X=$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$的關系如圖2所示：
①X₁＞X₂（填“＜”、“＞”或“=”，下同），平衡常數(shù)K（A）＞K（B）．
②若B點的投料比為3，則平衡常數(shù)K（B）為170.7（結(jié)果保留小數(shù)后一位）．若反應從開始到B點需要10min，則v（H₂）=0.225mol/（L•min）．
（3）在強酸性的電解質(zhì)水溶液中，惰性材料做電極，利用太陽能將CO₂轉(zhuǎn)化成低碳烯烴，工作原理如圖3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)化為化學能．
②b為電源的正（填“正”或“負”）極，電解時，生成丙烯的電極反應式是3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₆+6H₂O
（4）以CO₂為原料制取碳（C）的太陽能工藝如圖4所示．
①過程1中發(fā)生反應的化學方程式為2Fe₃O₄ $\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO+O₂↑．
②過程2中每生成1mol Fe₃O₄轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol．

Answer 1

分析 （1）①由圖可知，升高溫度，氫氣物質(zhì)的量增大，說明平衡逆向移動，則正反應是放熱反應；
②為提高CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率，除改變溫度外可以增大壓強平衡正向進行；
（2）①相同條件下，投料比[X=$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]越大，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越大，據(jù)此判斷X₁、X₂的相對大�。辉摲磻�的正反應是放熱反應，溫度越高其平衡常數(shù)越��；
②若B點的投料比為3，且從反應開始到B點需要10min，n（CO₂）=2mol，則n（H₂）=10mol，B點二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為75%，則參加反應的n（CO₂）=2mol×75%=1.5mol，根據(jù)二氧化碳和氫氣之間的關系式知，參加反應的n（H₂）=3n（CO₂）=4.5mol，則v（H₂）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$；
（3）①能量變化為太陽能轉(zhuǎn)化為電能，電能轉(zhuǎn)化為化學能；
②根據(jù)圖知，生成氧氣的電極是陽極，則連接陽極的電源電極為正極；陰極上二氧化碳得電子和氫離子反應生成丙烯和水；
（4）①根據(jù)圖知，F(xiàn)e₃O₄在大于2300K時分解為FeO與O₂；
②發(fā)生反應：6FeO（S）+CO₂$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$2Fe₃O₄（S）+C，計算C的物質(zhì)的量，根據(jù)C元素化合價變化計算轉(zhuǎn)移電子．

解答 解：（1）①由圖可知，升高溫度，氫氣物質(zhì)的量增大，說明平衡逆向移動，則正反應是放熱反應，故△H＜0，
故答案為：＜；
②反應前后氣體體積減小，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，
故答案為：增大壓強；
（2）①相同條件下，投料比[X=$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]越大，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越大，根據(jù)圖知，相同溫度下X₁的轉(zhuǎn)化率大于X₂，所以X₁＞X₂；該反應的正反應是放熱反應，溫度越高其平衡常數(shù)越小，溫度A＜B，所以平衡常數(shù)A＞B，
故答案為：＞；＞；
②若B點的投料比為3，且從反應開始到B點需要10min，n（CO₂）=2mol，則n（H₂）=6mol，B點二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為75%，則參加反應的n（CO₂）=2mol×75%=1.5mol，
                            2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）
起始量（mol/L）    1                3                0                 0
變化量（mol/L）  0.75             2.25            0.375           1.5
平衡量（mol/L）  0.25          0.75              0.375             1.5
K=$\frac{1．{5}^{4}×0.35}{0.2{5}^{2}×0.7{5}^{6}}$=170.7，
根據(jù)二氧化碳和氫氣之間的關系式知，參加反應的n（H₂）=3n（CO₂）=4.5mol，則v（H₂）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{4.5mol}{2L}}{10min}$=0.225mol/（L．min），
故答案為：170.7； 0.225mol/（L•min）；
（3）①在強酸性的電解質(zhì)水溶液中，惰性材料做電極，利用太陽能將CO₂轉(zhuǎn)化成低碳烯烴，工作原理圖可知，能量變化為：太陽能轉(zhuǎn)化為電能，電能轉(zhuǎn)化為化學能，
故答案為：太陽能轉(zhuǎn)化為電能，電能轉(zhuǎn)化為化學能；
②根據(jù)圖知，生成氧氣的電極是陽極，則連接陽極的電源電極為正極，所以b為正極，陰極上二氧化碳得電子和氫離子反應生成丙烯和水，電極反應式為3CO₂+18H⁺+18e^-=CH₃CH=CH₂+6H₂O，
故答案為：正極；3CO₂+18H⁺+18e^-=CH₃CH=CH₂+6H₂O；
（4）①根據(jù)圖知，F(xiàn)e₃O₄在大于2300K時分解為FeO與O₂，反應方程式為2Fe₃O₄ $\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO+O₂↑，
故答案為：2Fe₃O₄ $\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO+O₂↑；
②發(fā)生反應：6FeO（S）+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄（S）+C，生成1mol Fe₃O₄時可以得到C的物質(zhì)的量為0.5mol，轉(zhuǎn)移電子為0.5mol×4=2mol，
故答案為：2mol．

點評 本題考查化學平衡計算、化學平衡圖象、原電池和電解池原理、氧化還原反應有關計算、側(cè)重考查學生分析計算能力，難點是電極反應式的書寫，注意結(jié)合電解質(zhì)溶液酸堿性書寫，題目難度中等．