Question

13．在巴黎召开的第21届联合国气候大会主题是减少温室气体的排放量，人们用不同的方法将CO₂进行转化利用．
（1）处理CO₂的方法之一是使其与氢气反应合成甲醇．已知氢气、甲醇燃烧的热化学方程式如下：
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（1）△H=-283.0kJ/mol
2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（1）△H=-726.0kJ/mol
写出二氧化碳与氢气合成甲醇液体的热化学方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-61.5kJ/mol；
（2）CO₂经催化加氢还可合成低碳烯烃：
2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H=Q kJ/mol
在0.1MPa时，按n（CO₂）：n（H₂）=1：3投料，图1表示平衡时四种气态物质的物质的量（n）与温度（T）的关系．
①Q＜0（填“＞”、“=”或“＜”）；
②曲线b表示的物质为H₂O；


（3）在强酸性的电解质水溶液中，用惰性材料做电极，电解CO₂可得到多种燃料，其原理如图2所示．
①该工艺中能量转化方式主要有太阳能转化为电能，电能转化为化学能；
②b为电源的正（填“正”或“负”）极，电解时，生成丙烯的电极反应式为3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₆+6H₂O；
（4）以CO₂为原料制取碳（C）的太阳能工艺如图3所示．
①过程1中发生反应的化学方程式为2Fe₃O₄ $\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO+O₂↑；
②过程2中每生成1mol Fe₃O₄[FeO•Fe₂O₃]转移电子的物质的量为2mol．

Answer 1

分析 （1）由①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-283.0  kJ/mol；
②2CH₃OH（1）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-726.0  kJ/mol；
根据盖斯定律：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=$\frac{3①-②}{2}$，进行计算求解；
（2）由曲线变化可知随着温度升高，氢气的物质的量逐渐增多，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应放热；可知a为CO₂的变化曲线，结合计量数关系可知b为水，c为C₂H₄的变化曲线；
（3）太阳能电池为电源，电解强酸性的二氧化碳水溶液得到丙烯，丙烯在阴极生成．据此解答；
（4）①由示意图可知，过程1中四氧化三铁在大于2300K条件下分解生成氧化亚铁和碳，据此解答即可；
②反应2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO+O₂↑中O元素化合价由-2价升高到0价，结合元素化合价以及方程式计算．

解答 解：（1）由①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-283.0  kJ/mol；
②2CH₃OH（1）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-726.0  kJ/mol；
根据盖斯定律：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=$\frac{3①-②}{2}$=$\frac{3×（-283.0）-（-726.0）}{2}$=-61.5  kJ/mol，
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-61.5  kJ/mol；
（2）①由曲线变化可知随着温度升高，氢气的物质的量逐渐增多，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应放热，Q＜0，
故答案为：＜；
②随着温度升高，氢气的物质的量逐渐增多，因氢气为反应物，则另一条逐渐增多的曲线为CO₂，由计量数关系可知b为水，c为C₂H₄的变化曲线，故答案为：H₂O；
（3）①太阳能电池为电源，电解强酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，可知能量转化形式有光能转化为电能，电能转化为化学能，部分电能转化为热能，故答案为：太阳能转化为电能，电能转化为化学能；
②电解时，二氧化碳在b极上生成丙烯，得到电子的一极为电源的正极，电极反应式为：3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₆+6H₂O，
故答案为：正；3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₆+6H₂O；
（4）①由示意图可知，过程1中四氧化三铁在大于2300K条件下分解生成氧化亚铁和碳，反应的化学方程式为：2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO+O₂↑，
故答案为：2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO+O₂↑；
②反应2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO+O₂↑中O元素化合价由-2价升高到0价，由方程式可知，2molFe₃O₄参加反应，生成1mol氧气，转移4mol电子，则每分解lmolFe₃O₄转移电子的物质的量为2mol，
故答案为：2mol．

点评 本题涉及热化学方程式书写和盖斯定律计算、氧化还原、化学平衡移动以及原电池反应等知识，考查了学生分析问题、解决问题的能力，题目难度中等．