Question

【題目】綜合利用CO2、CO對構建低碳社會有重要意義。

（1） Li4SiO4可用于富集得到高濃度CO2。原理是：在500℃，低濃度CO2與Li4SiO4接觸后生成兩種鋰鹽；平衡后加熱至700℃，反應逆向進行，放出高濃度CO2，Li4SiO4再生。700℃時反應的化學方程式為_________________________________。

（2） 固體氧化物電解池(SOEC)用于高溫電解CO2和H2O，既可高效制備合成氣(CO＋H2)，又可實現CO2的減排，其工作原理如右圖。

① b為電源的________(填“正極”或“負極”)。

② 寫出電極c發生的電極反應式： __________ ______、 __________________ ______。

（3）電解生成的合成氣在催化劑作用下發生如下反應：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)。對此反應進行如下研究：

某溫度下在一恒壓容器中分別充入1.2 mol CO和1 mol H2，達到平衡時容器體積為2 L，且含有0.4 mol CH3OH(g)，則該反應平衡常數值為________，此時向容器中再通入0.35 mol CO氣體，則此平衡將________(填“向正反應方向”“不”或“向逆反應方向”)移動。

（4） 已知：

若甲醇的燃燒熱為ΔH3，試用ΔH1、ΔH2、ΔH3表示CO(g)＋2H2(g) CH3OH(l)的ΔH，

則ΔH＝______ ____。

（5）利用太陽能和缺鐵氧化物[如Fe0.9O]可將廉價CO2熱解為碳和氧氣，實現CO2再資源化，轉化 過程如下圖所示，若用1 mol缺鐵氧化物[Fe0.9O]與足量CO2完全反應可生成________mol C(碳)。

Answer 1

【答案】（1） Li2CO3＋Li2SiO3 CO2＋Li4SiO4

（2）① 正極； ② CO2＋2e－===CO＋O2－；H2O＋2e－===H2＋O2－

（3）50； 向逆反應方向 （4）ΔH＝2ΔH1－ΔH2－ΔH3 （5）0.1

【解析】

試題分析：（1）在500℃，CO2與Li4SiO4接觸后生成Li2CO3，反應物為CO2與Li4SiO4，生成物有Li2CO3，根據質量守恒可知產物還有Li2SiO3，所以700℃時反應的化學方程式為：Li2CO3+Li2SiO3CO2+Li4SiO4，故答案為：Li2CO3+Li2SiO3CO2+Li4SiO4；

（2）①CO2+H2OCO+H2+O2，二氧化碳中的碳元素化合價降低，被還原，水中的氫元素化合價降低被還原，反應物中的氧元素化合價升高，被氧化，失去電子發生氧化反應生成氧氣，所以電極d為陽極，所以b為電源的正極，故答案為：正極；

②二氧化碳在a極得到電子發生還原反應生成一氧化碳同時生成氧離子，反應電極反應式為：CO2+2e-═CO+O2-，水中的氫元素化合價降低被還原，電極反應式為：H2O

+2e-=H2+O2-，故答案為：CO2+2e-═CO+O2-；H2O+2e-=H2+O2-；

（3） CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始：1.2mol 1mol 0

轉化：0.4mol 0.8mol 0.4mol

平衡：0.8mol 0.2mol 0.4mol

所以：k==50(mol/L)-2，

此時向容器中再通入0.35molCO氣體，假設平衡不移動時，此時容器體積為：2L×=2.5L，則濃度商Qc==54.3，大于平衡常數50，平衡向逆反應方向移動，故答案為：50；逆反應方向；

（4）由圖反應Ⅰ可知H2(g)+O2(g)=H2O(l)，△H1；由反應Ⅱ可知：CO2(g)=CO(g)+O2(g)，△H2；若甲醇的燃燒熱為△H3，所以CH3OH(g)+O2(g)=2H2O(l)+CO2(g)，△H3；所以蓋斯定律，目標反應為：△H=2△H1-△H2-△H3，故答案為：:△H=2△H1-△H2-△H3；

（5）依據圖示得到化學方程式為：Fe0.9O+0.1CO2=xC+Fe3O4，依據碳原子守恒得到x=0.1，故答案為：0.1。