Question

合理地固定和利用CO₂能有效減少空氣中的溫室氣體，產物還能造福人類．
（1）11km深海底的無脊椎動物依靠化學自養菌，以海底熱泉噴出液中的H₂S和CO₂合成（C₆H₁₀O₅）_n和一種淡黃色固體，該反應的化學方程式為______．
（2）CO₂可用于合成二甲醚（CH₃OCH₃），有關反應的熱化學方程式為：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1
2CH₃OH（g）?H₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ?mol^-1
①反應2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）的△H=______．
②一定條件下用CO₂和H₂合成二甲醚，反應物氣流量對CO₂的轉化率、二甲醚選擇性的影響結果如下圖所示．控制氣流量為28mL?min^-1，生產0.3mol二甲醚需通入CO₂的物質的量為______．

③反應2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）在T℃時的平衡常數為400．該溫度下，在密閉容器中加入CH₃OH，t時刻時，測得c（CH₃OH）=0.03mol?L ^-1，c（CH₃OCH₃）=0.6mol?L ^-1，此時v_正______v_逆（填“＞”、“＜”或“等于”）
④二甲醚燃料電池的工作原理如圖1所示．該電池工作時，a電極的反應式為______．
（3）一種“碳捕捉”技術為：將含CO₂的工業尾氣通過NaOH溶液，在所得溶液中加CaO，充分反應后過濾，濾渣高溫分解得到的高濃度CO₂可用于制備甲醇等．該技術電可以循環使用的物質為______．
（4）利用光能和光催化劑，可將CO₂和H₂O（g）轉化為CH₄和O₂．紫外光照射時，等量的CO₂和H₂O（g）在不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下，CH₄產量隨光照時間的變化如圖2所示．在0～30小時內，CH₄的半均生成速率v（Ⅰ）、v（Ⅱ）、和v（Ⅲ）、從大到小的順序為______．

Answer 1

【答案】分析：（1）根據題目信息可知H₂S和CO₂生成C₆H₁₀O₅）_n和S，根據原子守恒來配平；
（2）①根據根據蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當的系數進行加減，構造目標熱化學方程式，反應熱也乘
以相應的系數進行相應的運算；
②先根據二甲醚的選擇性求出理論上生成的二甲醚，然后根據物質的量之比等于化學計量數之比求出反應的CO₂的物質的量，最后根據CO₂的轉化率求出實際通入的CO₂；
③計算濃度商，與平衡常數比較，可判斷反應已經平衡，故v_正=v_逆；
④反應本質是二甲醚的燃燒，原電池負極發生氧化反應，二甲醚在負極放電，正極反應還原反應，氧氣在正極放電，由圖可知，a極為負極，二甲醚放電生成二氧化碳與氫離子．
（3）據題目信息分析可循環利用的物質；
（4）相同時間甲烷的物質的量的變化量越大，表明平均速率越大，相同時間甲烷的物質的量的變化量越小，平均反應速率越小．
解答：解：（1）H₂S和CO₂生成C₆H₁₀O₅）_n和S，化學方程式為：12nH₂S+6nCO₂=C₆H₁₀O₅）_n+12nS↓+7nH₂O，
故答案為：12nH₂S+6nCO₂=C₆H₁₀O₅）_n+12nS↓+7nH₂O；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1 ①
     2CH₃OH（g）?H₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ?mol^-1    ②
由蓋斯定律可知，通過①×2+②可得
2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g），則△H=-49.0kJ/mol×2-23.5kJ/mol=-121.5kJ/mol，
故答案為：-121.5kJ/mol；
②生產0.3mol二甲醚，理論上應生成二甲醚%=6mol，反應的反應的CO₂的物質的量為12mol，實際通入的CO₂的物質的量為=20mol，
故答案為：20mol；
③t時刻時，測得c（CH₃OH）=0.03mol?L ^-1，c（CH₃OCH₃）=0.6mol?L ^-1，c（H₂O）=0.6mol?L ^-1，濃度熵Q==400=K，所以反應已經平衡，故v_正=v_逆；
故答案為：=；
④反應本質是二甲醚的燃燒，原電池負極發生氧化反應，二甲醚在負極放電，正極反應還原反應，氧氣在正極放電．由圖可知，a極為負極，二甲醚放電生成二氧化碳與氫離子，a電極的電極反應式為 CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，
故答案為：CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺．
（3）在所得溶液中加氧化鈣，氧化鈣與水反應生成氫氧化鈣，碳酸鈉與氫氧化鈣反應生成碳酸鈣沉淀和氫氧化鈉，氫氧化鈉又是捕捉室中的反應物，所以可以循環利用；碳酸鈣高溫生成氧化鈣和二氧化碳，由題意可得氧化鈣還可循環利用，因此氧化鈣和氫氧化鈉都可以循環利用；
故答案為：氧化鈣和氫氧化鈉；
（4）由圖2可知，在0～0h內，甲烷的物質的量變化量為△n（Ⅰ）＜△n（Ⅱ）＜△n（Ⅲ），故在0～30h內，CH₄的平均生成速率v（Ⅲ）＞v（Ⅱ）＞v（Ⅰ）；
故答案為：v（Ⅲ）＞v（Ⅱ）＞v（Ⅰ）；
點評：本題是道綜合題，涉及到的知識點較多，考查了學生靈活運用知識、分析問題和解決問題的能力，難度較大．