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產品。

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

①上述反應中每生成1 mol Fe₃O₄，轉移電子的物質的量為_______mol。

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

（2）在一定條件下，二氧化碳轉化為甲烷的反應如下：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℃時發生上述反應，達到平衡時各物質的濃度分別為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的平衡轉化率為________。300 ℃時上述反應的平衡常數K=____________________。200℃時該反應的平衡常數K=64.8，則該反應的△H_____(填“＞’’或“<”)O。

（3）華盛頓大學的研究人員研究出一種方法，可實現水泥生產時CO₂零排放，其基本原理如

圖所示:

①上述生產過程的能量轉化方式是____________________。

②上述電解反應在溫度小于900℃時進行，碳酸鈣先分解為CaO和CO₂，電解質為熔融碳酸鈉，則陽極的電極反應式為___________________。

 

Answer 1

【答案】

（1）①2；②+18.7 kJ·mol^-1（2）80%；25；＜

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

【解析】

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

考點：電子守恒；蓋斯定理的計算；反應平衡常數的計算；反應熱與焓變；電解原理