Question

2．CO₂和CH₄是两种主要的温室气体，以CH₄和CO₂为原料制造更高价值的化学产品是目前缓解温室效应的研究方向．回答下列问题：
（1）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\;}}{\;}$6FeO+O₂↑，则每分解lmolFe₃O₄转移电子的物质的量为2mol．
②“重整系统”发生反应的化学方程式为6FeO+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$C+2Fe₃O₄．
（2）一定条件下，CO₂和CH₄反应可生产合成气（CO、H₂的混合气体），其可用于合成多种液体燃料．
已知：
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-802.3kJ•mol^-1
CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H₂=-41.0kJ•mol^-1
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ•mol^-1
反应CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）的△H=+247.7kJ•mol^-1
（3）CO₂催化加氢可合成低碳烯烃，起始时在0.1MPa下，以n（H₂）：n（CO₂）=3：1的投料比例将反应物放入反应器中，发生反应：2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H，保持压强不变，不同温度下，平衡时的四种气态物质的量如图2所示：
①曲线Ⅱ表示的物质为H₂O（填化学式），该反应的△H＜（填“＞”或“＜”）0．
②A、B两点对应的反应的反应速率v（A）、v（B）的大小关系为v（A）＜v（B）．B、C两点对应温度下反应的平衡常数大小关系为K（B）＜（填“＞”“＜”或“=”）K（C）
③为提高CO₂平衡转化率，除改变温度外，还可以采取的措施是增大压强．（列举一种）

Answer 1

分析 （1）①lmolFe₃O₄含有2mol三价铁和1mol二价铁；
②FeO还原二氧化碳得到四氧化三铁和C；
（2）已知：
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-802.3kJ•mol^-1①
CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H₂=-41.0kJ•mol^-1②
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ•mol^-1③
由盖斯定律：①+2×②-2×③得到CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g），据此计算；
（3）①IV表示氢气，则III表示二氧化碳，另外两条表示C₂H₄和水，根据C₂H₄与水的计量数判断；升高温度，氢气的物质的量增大，平衡逆移；
②温度越高反应速率越快；B点温度大于C点，升高温度平衡逆移；
③提高CO₂平衡转化率，则平衡正移，根据影响平衡的因素分析．

解答 解：（1）①lmolFe₃O₄含有2mol三价铁和1mol二价铁，反应为Fe全部为+2价，则lmolFe₃O₄得到2mol电子，故答案为：2mol；
②FeO还原二氧化碳得到四氧化三铁和C，则其反应方程式为：6FeO+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$C+2Fe₃O₄，故答案为：6FeO+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$C+2Fe₃O₄；
（2）已知：
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-802.3kJ•mol^-1①
CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H₂=-41.0kJ•mol^-1②
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ•mol^-1③
由盖斯定律：①+2×②-2×③得到CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g），△H=（-802.3）+2×（-41.0）-2×（-566.0）=+247.7kJ/mol；
故答案为：+247.7；
（3）①IV表示氢气，则III表示二氧化碳，另外两条表示C₂H₄和水，已知方程中C₂H₄的计量数比水的计量数小，则水的变化较快，所以II变化快，表示水；升高温度，氢气的物质的量增大，平衡逆移，说明正反应为放热反应，即△H＜0；
故答案为：H₂O；＜；
②温度越高反应速率越快，B点的温度大于A点的温度，所以v（A）＜v（B）；B点温度大于C点，升高温度平衡逆移，则温度越高，K越小，所以B点的K小于C点；
故答案为：v（A）＜v（B）；＜；
③提高CO₂平衡转化率，则平衡正移，已知该反应正方向为体积减小的反应，所以增大压强平衡正移，能提高CO₂平衡转化率，故答案为：提高CO₂平衡转化率．

点评 本题考查了氧化还原反应、盖斯定律的应用、影响速率和平衡的因素、平衡常数等，题目难度中等，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力和读图能力．