Question

9．二氧化碳的捕集、利用與封存（CCUS）是我國能源領(lǐng)域的一個重要戰(zhàn)略方向，CCUS或許發(fā)展成一項重要的新興產(chǎn)業(yè)．
（1）國外學(xué)者提出的由CO₂制取C的太陽能工藝如圖1所示
①“熱分解系統(tǒng)”發(fā)生的反應(yīng)為2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$ 6FeO+O₂↑，每分解1molFe₃O₄ 轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2mol．
②“重整系統(tǒng)”發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為6FeO+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄+C．

（2）二氧化碳催化加氫合成低碳烯烴是目前研究的熱門課題，起始時以0.1MPa，
n（H₂）：n（CO₂）=3：1的投料比充入反應(yīng)器中，發(fā)生反應(yīng)：2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H，不同溫度下平衡時的四種氣態(tài)物質(zhì)的物質(zhì)的量如圖2所示：
①曲線b表示的物質(zhì)為H₂O（寫化學(xué)式）．
②該反應(yīng)的△H＜0（填：“＞”或“＜”）
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或提高$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$比值（列舉1項）．
（3）據(jù)報道以二氧化碳為原料采用特殊的電極電解強酸性的二氧化碳水溶液可得到多種燃料，其原理如圖3所示．
①該工藝中能量轉(zhuǎn)化方式主要有光能轉(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電解時其中b極上生成乙烯的電極反應(yīng)式為2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）①反應(yīng)2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO+O₂↑中O元素化合價由-2價升高到0價，結(jié)合元素化合價以及方程式計算；
②由圖1可知重整系統(tǒng)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：6FeO+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄+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，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\;}}{\;}$6FeO6FeO+O₂↑中O元素化合價由-2價升高到0價，由方程式可知，2molFe₃O₄參加反應(yīng)，生成1mol氧氣，轉(zhuǎn)移4mol電子，則每分解lmolFe₃O₄轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol，故答案為：2mol；
②由圖1可知重整系統(tǒng)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：6FeO+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄+C，故答案為：6FeO+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄+C；
（2）①隨著溫度升高，氫氣的物質(zhì)的量逐漸增多，因氫氣為反應(yīng)物，則另一條逐漸增多的曲線為CO₂，由計量數(shù)關(guān)系可知b為水，c為C₂H₄的變化曲線，
故答案為：H₂O；
②由曲線變化可知隨著溫度升高，氫氣的物質(zhì)的量逐漸增多，說明升高溫度平衡逆向移動，則正反應(yīng)放熱，故答案為：＜；
③為提高CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率，除改變溫度外，還可采取的措施是增大壓強或提高$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$比值，故答案為：增大壓強或提高$\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(xué)能，部分電能轉(zhuǎn)化為熱能，
故答案為：光能轉(zhuǎn)化為電能，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；
②電解時，二氧化碳在b極上生成乙烯，電極反應(yīng)式為2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O，故答案為：2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O．

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