Question

6．研究CO、CO₂的开发和应用对建设文明社会具有重要的意义．
（1）CO可用于炼铁，已知：Fe₂O₃（s）+3C（s）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1
Fe₂O₃（s）+3CO（g）═2Fe（s）+3CO₂（g）△H₂=-28.5kJ•mol^-1
则C（s）+CO₂（g）═2CO（g）△H=+172.5kJ•mol^-1．
（2）电子工业中使用的一氧化碳常以甲醇为原料通过脱氢、分解两步反应得到．
第一步：2CH₃OH（g）?HCOOCH₃（g）+2H₂（g）
第二步：HCOOCH₃（g）?CH₃OH（g）+CO（g）
该两步反应常温下均不能自发进行，其原因是两反应都△S＞0，常温下不能自发，故△H＞0．
在工业生产中，为提高CO的产率，可采取的合理措施有升高反应温度或减小压强（写两条措施）．

（3）节能减排是要控制温室气体CO₂的排放．
①氨水可用于吸收低浓度的CO₂．请写出氨水吸收足量CO₂的化学方程式为：2NH₃•H₂O+CO₂=（NH₄）₂CO₃+H₂O．
②利用太阳能和缺铁氧化物[Fe_（1-y）O]可将富集到的廉价CO₂热解为碳和氧气，实现CO₂再资源化，转化过程如图1所示，若生成1mol缺铁氧化物[Fe_（1-y）O]同时生成$\frac{1-4y}{6}$mol氧气．
③固体氧化物电解池（SOEC）用于高温电解CO₂/H₂O，既可高效制备合成气（CO+H₂），又可实现CO₂的减排，其工作原理如图2．
在c极上反应分两步进行：首先水电解产生氢气，然后氢气与CO₂反应产生CO．
写出电极c上发生的电极反应式：H₂O+2e^-=H₂+O^2-．
若电解得到的1：1的合成气（CO+H₂）则通入的CO₂和H₂O物质的量比值为1：2．

Answer 1

分析 （1）依据①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1
②Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1
由盖斯定律$\frac{①}{3}$-$\frac{②}{3}$计算分析判断；
（2）从熵变和焓变判断反应的自发性，该反应是气体体积增大的吸热反应，为提高CO的产率，依据化学平衡移动原理分析判断；
（3）①由题意吸收低浓度的CO₂，则应生成正盐（NH₄）₂CO₃ ；
②依据图1反应物和产物利用直平法配平化学方程式，利用已知守恒计算得到；
③水电解产生氢气，电极反应为H₂O+2e^-═H₂+O^2-，后反应为H₂+CO₂═H₂O+CO，根据电极反应式可得电解得到1：1的合成气（CO+H₂）通入的CO₂和H₂O物质的量之比．

解答 解：（1）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1
②Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1
由盖斯定律$\frac{①}{3}$-$\frac{②}{3}$得到C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJmol^-1，
故答案为：+172.5；
（2）由题第一步：2CH₃OH（g）?HCOOCH₃（g）+2H₂（g）；第二步：HCOOCH₃（g）?CH₃OH（g）+CO（g），两反应均为气体体积增大的反应，则两反应都△S＞0，常温下不能自发，故△H＞0，第二步：HCOOCH₃（g）?CH₃OH（g）+CO（g）△H＞0，反应是气体体积增大的吸热反应，依据平衡移动原理可知提高一氧化碳产率，应使平衡正向进行，升温，减压实现，
故答案为：两反应都△S＞0，常温下不能自发，故△H＞0；升高反应温度或减小压强；
（3）①由题意吸收低浓度的CO₂，则应生成正盐（NH₄）₂CO₃ ，化学方程式为：2NH₃•H₂O+CO₂=（NH₄）₂CO₃+H₂O；
故答案为：2NH₃•H₂O+CO₂=（NH₄）₂CO₃+H₂O；
②依据图示得到化学方程式为：$\frac{（1-y）}{3}$Fe₃O₄=Fe_（1-y）O+xO₂，依据氧原子守恒得到x=$\frac{1-4y}{6}$，
故答案为：$\frac{1-4y}{6}$；
③水电解产生氢气，电极反应为H₂O+2e^-═H₂+O^2-，后反应为H₂+CO₂═H₂O+CO；若要产生1：1的H₂和CO，产生CO消耗等量的H₂，故H₂和CO物质的量比为2：1，所以通入的CO₂和H₂O物质的量比值为1：2；故答案为：H₂O+2e^-=H₂+O^2-；1：2．

点评 本题考查了盖斯定律的应用、化学平衡移动原理的应用，电解池电极反应的分析书写，原子守恒氧化还原反应的计算应用，题目难度中等．