Question

资源化利用二氧化碳不仅可减少温室气体的排放，还可重新获得燃料或重要工业产品。（1）有科学家提出可利用FeO吸收和利用CO₂，相关热化学方程式如下：

6FeO(s)+CO₂(g)=2Fe₃O₄(s)+C(s) ，ΔH=—76.0 kJ·mol^-1，该反应中每放出38 kJ热量，转移电子的物质的量为        mol.

（2）在一定条件下，二氧化碳转化为甲烷的反应如下：CO₂(g)+4H₂(g)CH₄(g)+2H₂O(g) ΔH＜0

①向一容积为2L的恒容密闭容器中充人一定量的CO₂和H₂，在300℃时发生上述反应，达到平衡时各物质的浓度分别为CO₂0．2mol·L^—1，H₂0.8mol·L^—1， CH₄0.8mol·L^—1，H₂O1.6mol·L^—1，起始充CO₂和H₂的物质的量分别为        、        。CO₂的平衡转化率为       

②现有两个相同的恒容绝热（与外界没有热量交换）密闭容器I、II，在I中充人1 mot CO₂,和4 molH₂，在II中充人1 mol CH₄和2 mol H₂ O(g) , 300℃下开始反应。达到平衡时，下列说法正确的是    （填字母）。

A．容器I、II中正反应速率相同

B．容器I、II中CH₄的物质的量分数相同

C．容器I中CO₂的物质的量比容器II中的多

D．容器I中CO₂的转化率与容器II中CH₄的转化率之和小于1

（3）华盛顿大学的研究人员研究出一种方法，可实现水泥生产时CO₂零排放，其基本原理如图所示：

①上述生产过程的能量转化方式是           

②上述电解反应在温度小于900 ⁰C时进行碳酸钙先分解为CaO和CO₂，电解质为熔融碳酸钠，则阳极的电极反应式为            ，阴极的电极反应式为           

 

Answer 1

【答案】

（1）2（2）①2 mol；8 mol；80%②CD

（3）①太阳能和电能转化为化学能

②2CO₃^2-－4e^－=2CO₂↑＋O₂↑；3CO₂＋4e^－=C＋2CO₃^2-（每空2分）

【解析】

试题分析：（1）分析题给氧化还原反应知，生成1molC转移4mol电子，根据热化学方程式的意义知，该反应中每放出38 kJ热量，生成0.5molC，转移的电子为2mol；（2）①利用三行式进行计算，设起始充入CO₂和H₂的浓度分别为x、y。

CO₂(g)+4H₂(g)CH₄(g)+2H₂O(g)

起始浓度（mol·L^—1）  x      y         0      0

转化浓度（mol·L^—1）0.8       3.2       0.8     1.6

平衡浓度（mol·L^—1）0.2       0.8       0.8     1.6

分析知，x=1 mol·L^—1,y=4 mol·L^—1,容器的体积为2L，则起始充CO₂和H₂的物质的量分别为2 mol、8 mol；CO₂的平衡转化率=0.8/1×100%=80%；②密闭容器I、II为两个相同的恒容绝热（与外界没有热量交换）密闭容器，I中充入1 mot CO₂,和4 molH₂，300℃下开始反应，反应正向进行，该过程放热，达到平衡后容器内温度高于300℃，II中充入1 mol CH₄和2 mol H₂ O(g) , 300℃下开始反应，反应逆向进行，该过程吸热，达到平衡后容器内温度低于300℃，两容器平衡时温度不同，不能达到同一平衡状态，A、容器I中温度高，正反应速率快，错误；B、容器I中温度高，升温平衡向吸热的逆向移动，CH₄的物质的量分数减小，错误；    C、容器I中温度高，平衡逆向移动CO₂的物质的量增大，容器II中温度低，平衡正向移动CO₂的物质的量减小，容器I中CO₂的物质的量比容器II中的多，正确；D、根据c选项分析知，容器I中CO₂的转化率与容器II中CH₄的转化率之和小于1，正确，选CD；（3）①根据题给装置图分析知，该装置为电解池，生产过程中的能量转化方式是太阳能和电能转化为化学能；②由电解原理结合题给产物分析知，熔融碳酸钠中碳酸根移向阳极，在阳极发生失电子的氧化反应生成氧气，电极反应式为2CO₃^2-－4e^－=2CO₂↑＋O₂↑；二氧化碳在阴极发生得电子的还原反应生成碳，电极反应式为3CO₂＋4e^－=C＋2CO₃^2-。

考点：以资源化利用二氧化碳为载体考查氧化还原反应电子转移、热化学方程式的意义、平衡计算及电极反应式书写。