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(xué)家提出可利用FeO吸收和利用CO₂，相關(guān)熱化學(xué)方程式如下：6FeO(s)+CO₂(g)=2Fe₃O₄(s)+C(s)  △H=-76.0 kJ·mol^一1

①上述反應(yīng)中每生成1 mol Fe₃O₄，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為_______mol。

②已知：C(s)+2H₂O(g)=CO₂(g)+2H₂(g)  △H=+113.4 kJ·mol^一1，則反應(yīng)：3FeO(s)+ H₂O(g)= Fe₃O₄(s)+ H₂(g)的△H=__________。

（2）在一定條件下，二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷的反應(yīng)如下：CO₂(g)+4 H₂ (g)  C H₄ (g)+2 H₂O(g)，向一容積為2 L的恒容密閉容器中充人一定量的CO₂和H₂，在300℃時(shí)發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度分別為CO₂ 0.2 mol·L^一1，H₂ 0.8 mol·L^一1，CH₄0.8 mol·L^一1，H₂O1.6 mol·L^一1。則CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為________。300 ℃時(shí)上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K=____________________。200℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64.8，則該反應(yīng)的△H_____(填“＞’’或“<”)O。

（3）華盛頓大學(xué)的研究人員研究出一種方法，可實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)時(shí)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(zhuǎn)化方式是____________________。

②上述電解反應(yīng)在溫度小于900℃時(shí)進(jìn)行，碳酸鈣先分解為CaO和CO₂，電解質(zhì)為熔融碳酸鈉，則陽極的電極反應(yīng)式為___________________。

 

Answer 1

【答案】

（1）①2；②+18.7 kJ·mol^-1（2）80%；25；＜

（3）①太陽能和電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；②2CO₃^2--4e^－=2CO₂↑＋O₂↑

【解析】

試題分析：（1）①由6FeO(s)+CO₂(g)=2Fe₃O₄(s)+C(s)知，反應(yīng)方程式FeO中鐵元素化合價(jià)+2升至Fe₃O₄中+，CO₂由+4降至C中碳元素的0價(jià)，每生成1molC轉(zhuǎn)移電子4mol，生成Fe₃O₄ 2mol ，則生成1 mol Fe₃O₄轉(zhuǎn)移電子2mol；②反應(yīng)1：6FeO(s)+CO₂(g)=2Fe₃O₄(s)+C(s)，△H₁=-76.0 kJ/mol；反應(yīng)2：C(s)+2H₂O(g)=CO₂(g)+2H₂(g)，△H₂=+113.4 kJ/mol，根據(jù)蓋斯定理△H=（△H₁+△H₂）=（-76.0+113.4）=+18.7 kJ/mol（2）2 L的恒容密閉容器中反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)CH₄濃度為0.8 mol/L，CO₂濃度為0.2 mol/L，由題意知CO₂(g)+4H₂(g)CH₄(g)+2H₂O(g)，反應(yīng)的CO₂與生成的CH₄的物質(zhì)量相等，CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為==80%；300 ℃時(shí)上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K==25；由題意知300 ℃時(shí)，K=25，200℃時(shí)，K=64.8，對(duì)正反應(yīng)為吸熱的可逆反應(yīng)，升高溫度，平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)的程度增大，K增大，對(duì)正反應(yīng)為放熱的可逆反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)的程度減小，K減小，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0（3）由圖知，是用吸收的太陽能和電源電能進(jìn)行反應(yīng)能量的來源，故太陽能和電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；電解反應(yīng)中陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，由圖知反應(yīng)產(chǎn)物為O₂，又電解質(zhì)為熔融碳酸鈉，故反應(yīng)方程式：2CO₃^2--4e^－=2CO₂↑＋O₂↑。

考點(diǎn)：電子守恒；蓋斯定理的計(jì)算；反應(yīng)平衡常數(shù)的計(jì)算；反應(yīng)熱與焓變；電解原理