Question

9．二氧化碳的捕集、利用与封存（CCUS）是我国能源领域的一个重要战略方向，CCUS或许发展成一项重要的新兴产业．
（1）国外学者提出的由CO₂制取C的太阳能工艺如图1所示
①“热分解系统”发生的反应为2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$ 6FeO+O₂↑，每分解1molFe₃O₄ 转移的电子数为2mol．
②“重整系统”发生反应的化学方程式为6FeO+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄+C．

（2）二氧化碳催化加氢合成低碳烯烃是目前研究的热门课题，起始时以0.1MPa，
n（H₂）：n（CO₂）=3：1的投料比充入反应器中，发生反应：2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H，不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量如图2所示：
①曲线b表示的物质为H₂O（写化学式）．
②该反应的△H＜0（填：“＞”或“＜”）
③为提高CO₂的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是增大压强或提高$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$比值（列举1项）．
（3）据报道以二氧化碳为原料采用特殊的电极电解强酸性的二氧化碳水溶液可得到多种燃料，其原理如图3所示．
①该工艺中能量转化方式主要有光能转化为电能，电能转化为化学能（写出其中两种形式即可）．
②电解时其中b极上生成乙烯的电极反应式为2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）①反应2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO+O₂↑中O元素化合价由-2价升高到0价，结合元素化合价以及方程式计算；
②由图1可知重整系统发生反应的化学方程式为：6FeO+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄+C；
（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乙烯，乙烯在阴极生成．

解答 解：（1）①反应2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO6FeO+O₂↑中O元素化合价由-2价升高到0价，由方程式可知，2molFe₃O₄参加反应，生成1mol氧气，转移4mol电子，则每分解lmolFe₃O₄转移电子的物质的量为2mol，故答案为：2mol；
②由图1可知重整系统发生反应的化学方程式为：6FeO+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄+C，故答案为：6FeO+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄+C；
（2）①随着温度升高，氢气的物质的量逐渐增多，因氢气为反应物，则另一条逐渐增多的曲线为CO₂，由计量数关系可知b为水，c为C₂H₄的变化曲线，
故答案为：H₂O；
②由曲线变化可知随着温度升高，氢气的物质的量逐渐增多，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应放热，故答案为：＜；
③为提高CO₂的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是增大压强或提高$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$比值，故答案为：增大压强或提高$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$比值；
（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：光能转化为电能，电能转化为化学能；
②电解时，二氧化碳在b极上生成乙烯，电极反应式为2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O，故答案为：2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O．

点评 本题较为综合，涉及氧化还原、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．注意电极正负极的判断以及反应式的书写，注意燃料电池的负极上是燃料发生失电子的氧化反应．