Question

【題目】“溫室效應”是全球關(guān)注的環(huán)境問題之一。CO2是目前大氣中含量最高的一種溫室氣體，CO2的綜合利用是解決溫室及能源問題的有效途徑。

（1）研究表明CO2和H2在催化劑存在下可發(fā)生反應生成CH3OH。己知部分反應的熱化學方程式如下：

CH3OH(g)+O2(g) = CO2(g)+2H2O(1) △H1=akJmol-1

H2(g)+O2(g) = H2O(1) △H2=bkJmol-1

H2O(g) = H2O(l) △H3=ckJmol-1

則 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=__________kJmol-1

（2）CO2催化加氫也能合成低碳烯烴： 2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4 H2O (g)，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1所示，曲線b表示的物質(zhì)為_______________ （寫化學式）。

（3）CO2和H2在催化劑Cu/ZnO作用下可發(fā)生兩個平行反應，分別生成CH3OH和CO。

反應 A：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

反應B：CO2(g)+ H2(g)CO(g)+H2O(g)

控制CO2和H2初始投料比為1∶3時，溫度對CO2平衡轉(zhuǎn)化率及甲醇和CO產(chǎn)率的影響如圖2所示。

① 由圖2可知溫度升高CO的產(chǎn)率上升，其主要原因可能是__________________。

② 由圖2可知獲取CH3OH最適宜的溫度是________________，下列措施有利于提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH的平衡轉(zhuǎn)化率的措施有__________________。

A.使用催化劑 B.增大體系壓強

C.增大CO2和H2的初始投料比 D.投料比不變和容器體積不變，增加反應物的濃度

（4）在催化劑表面通過施加電壓可將溶解在水中的二氧化碳直接轉(zhuǎn)化為乙醇，則生成乙醇的電極反應式為______________________________________________________。

（5）由CO2制取C的太陽能工藝如圖3所示。“熱分解系統(tǒng)”發(fā)生的反應為：2Fe3O46FeO+O2↑，每分解1mol Fe3O4轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為_____________；“重整系統(tǒng)”發(fā)生反應的化學方程式為_____________________________________________。

Answer 1

【答案】 3b-a-c H2O 反應B正反應是吸熱反應，溫度升高平衡正向移動，CO產(chǎn)率升高 250℃ BD 2CO2 + 12H++12e-=C2H5OH+3H2O 2 mol 6FeO+CO22Fe3O4+C

【解析】(1)已知：①CH3OH(g)+O2(g) = CO2(g)+2H2O(1) △H1=akJmol-1，②H2(g)+O2(g) = H2O(1) △H2=bkJmol-1，③H2O(g) = H2O(l) △H3=ckJmol-1，根據(jù)蓋斯定律，由②×3-①-③可得 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ，則△H=(bkJmol-1)×3-(akJmol-1)-(ckJmol-1)=(3b-a-c)kJmol-1；

(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；

(3)①由圖2可知 反應B正反應是吸熱反應，溫度升高平衡正向移動，CO產(chǎn)率升高；

② 由圖2可知獲取CH3OH產(chǎn)率最高對應的溫度是250℃，則選擇最適宜的溫度是250℃；A．使用催化劑，平衡不移動，不能提高轉(zhuǎn)化率，故A錯誤；B．增大體系壓強，平衡正向移動，可增大轉(zhuǎn)化率，故B正確；C．增大 CO2和H2的初始投料比，可增大氫氣的轉(zhuǎn)化率，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率減小，故C錯誤；D．投料比不變，增加反應物的濃度，衡正向移動，可增大轉(zhuǎn)化率，故D正確；故答案為BD；

(4)二氧化碳直接轉(zhuǎn)化為乙醇，是還原過程，發(fā)生在電解池的正極，其電極反應式為 2CO2+12H++12e-=C2H5OH+3H2O；

(5)反應2Fe3O46FeO+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，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；由示意圖可知，重整系統(tǒng)中CO2和FeO反應生成Fe3O4和C，反應的方程式為6FeO+CO22Fe3O4+C。