Question

【題目】二氧化碳的利用是我國能源領域的一個重要戰略方向，目前我國科學家在以下方面已經取得重大成果。

（1）圖1是由CO2制取C的太陽能工藝。已知過程1發生的反應中=6，則FexOy的化學式為__。過程1生成1molC的反應熱為△H1；過程2產生lmolO2(g)的反應熱為△H2。則由CO2制取C的熱化學方程式為__。

（2）利用CO2合成甲醇的反應為：CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g) ΔH=-53.7kJ·mol-1，一定條件下，將1molCO2和2.8molH2充入容積為2L的絕熱密閉容器中，發生上述反應。CO2的轉化率[α(CO2)]在不同催化劑作用下隨時間的變化曲線如圖2所示。過程Ⅰ的活化能__(填“＞”“＜”或“=”)過程Ⅱ的活化能，n點的平衡常數K=__。

（3）用二氧化碳合成低密度聚乙烯(LDPE)。以納米二氧化鈦膜為工作電極，常溫常壓電解CO2，可制得LDPE，該電極反應可能的機理如圖3所示。

①過程Ⅰ～Ⅲ中碳元素發生__反應(填“氧化”或“還原”)。

②請補充完整并配平CO2轉化為LDPE的電極反應：2nCO2+___+___=+___。__

③工業上生產1.4×104g的LDPE，理論上需要標準狀況下CO2的體積是__L。

Answer 1

【答案】Fe3O4 CO2(g)=C(s)+O2(g) △H=△H1+△H2 ＜ 200 還原 2nCO2+12ne-+12nH+=+4nH2O 2.24×104

【解析】

(1)根據=6可寫出反應的化學方程式：6FeO＋CO2===FexOy＋C，根據原子守恒知x∶y＝3∶4；由蓋斯定律計算可得；

（2）反應活化能越小，反應速率越快；由題意可以建立三段式計算可得熱化學方程式；

（3）①由題給示意圖可知，過程Ⅰ～Ⅲ中碳元素發生如下轉化CO2→CO2－→CO→∶CH2，碳元素的化合價的變化為+4→+3→+2→-2；

②CO2轉化為LDPE時碳元素的化合價由+4降到-2價，每個碳原子得6個電子，則2n個CO2共得12n個電子；

③據2nCO2~計算可得標準狀況下CO2的體積。

(1)根據=6可寫出反應的化學方程式：6FeO＋CO2===FexOy＋C，根據原子守恒知x∶y＝3∶4，則FexOy的化學式為Fe3O4；由蓋斯定律可知，過程1+過程2可得CO2制取C的熱化學方程式CO2(g)=C(s)+O2(g)，則△H=△H1+△H2，故答案為：Fe3O4；CO2(g)=C(s)+O2(g) △H=△H1+△H2；

（2）反應活化能越小，反應速率越快，由題給示意圖可知，過程Ⅰ先達到平衡，反應速率快于過程Ⅱ，則過程Ⅰ的活化能小于過程Ⅱ的活化能；由圖可知CO2的轉化率為80%，反應消耗二氧化碳的濃度為0.4mol/L，由題意可以建立如下三段式：

則平衡常數K==200，故答案為：＜；200；

（3）①由題給示意圖可知，過程Ⅰ～Ⅲ中碳元素發生如下轉化CO2→CO2－→CO→∶CH2，碳元素的化合價的變化為+4→+3→+2→-2，均為碳被還原的過程，故碳元素均發生還原反應，故答案為：還原；

②CO2轉化為LDPE時碳元素的化合價由+4降到-2價，每個碳原子得6個電子，則2n個CO2共得12n個電子，電極反應反應式為2nCO2+12ne-+12nH+=+4nH2O，故答案為：2nCO2+12ne-+12nH+=+4nH2O；

③生產1.4×104 g ，即生產1.4×104g，據2nCO2~，可知CO2的物質的量為=1.0×103mol，標準狀況下CO2的體積等于1.0×103mol×22.4L/mol=2.24×104L，故答案為：2.24×104。