Question

8．研究和深度开发CO、CO₂的应用对构建生态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
C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1
则CO还原Fe₂O₃（s）的热化学方程式为Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ/mol．
（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）△H＞0
第二步：HCOOCH₃（g）?CH₃OH（g）+CO（g）△H＞0
①第一步反应的机理可以用如图表示：

图中中间产物X的结构简式为HCHO．
②在工业生产中，为提高CO的产率，可采取的合理措施有升高温度，降低压强．（写两条措施）
（3）第21届联合国气候变化大会（COP21）于2015年11月30日至12月11日在巴黎召开．会议旨在讨论控制温室气体CO₂的排放，减缓全球变暖，力争将全球气温上升控制在2度内．
①Li₄SiO₄可用于富集得到高浓度CO₂．原理是：在500℃，低浓度CO₂与Li₄SiO₄接触后生成两种锂盐；平衡后加热至700℃，反应逆向进行，放出高浓度CO₂，Li₄SiO₄再生．请写出700℃时反应的化学方程式为：Li₂CO₃+Li₂SiO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO₂+Li₄SiO₄．
②利用太阳能和缺铁氧化物[如Fe_0.9O]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，若用1mol缺铁氧化物[Fe_0.9O]与足量CO₂完全反应可生成0.1molC（碳）．

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．写出电极c上发生的电极反应式CO₂+2e^-═CO+O^2-（H₂O+2e^-=H₂+O^2- ）．（任写一个）
（4）以TiO₂/Cu₂Al₂O₄为催化剂，可以将CO₂和CH₄直接转化成乙酸．在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系见图3．如何解释图中250-400℃时温度升高与乙酸的生成速率变化的关系在250-300℃过程中，催化剂是影响速率的主要因素，因此催化效率的降低，导致反应速率也降低；而在300-400℃时，催化效率低且变化程度较小，但反应速率增加较明显，因此该过程中温度是影响速率的主要因素，温度越高，反应速率越大．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律，由已知热化学方乘以适当的系数进行加减构造目标热化学方程式，反应热也乘以相应的系数并进行相应的加减，据此计算；
（2）①依据分解反应过程和反应机理图示分析判断，中间产物为甲醛；
②反应是气体体积增大的吸热反应，依据化学平衡移动原理分析判断；
（3）①根据题干信息，反应物为CO₂与Li₄SiO₄，生成物有Li₂CO₃，根据质量守恒进行解答；
②依据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；
③二氧化碳在a极得到电子发生还原反应生成一氧化碳同时生成氧离子，反应电极反应式为：CO₂+2e^-═CO+O^2-，水中的氢元素化合价降低被还原，电极反应式为：H₂O
+2e^-=H₂+O^2-；
（4）在250-300℃过程中，催化剂是影响速率的主要因素，因此催化效率的降低，导致反应速率也降低；而在300-400℃时，催化效率低且变化程度较小，但反应速率增加较明显．

解答 解：（1）Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ/mol ①
C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ/mol ②
由①-②×3，得到热化学方程式：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ/mol，
故答案为：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ/mol；
（2）①依据图示和分解反应过程，结合原子守恒分析，甲醇去氢后得到的是甲醛，故答案为：HCHO；
②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：升高温度，降低压强；
（3）①在500℃，CO₂与Li₄SiO₄接触后生成Li₂CO₃，反应物为CO₂与Li₄SiO₄，生成物有Li₂CO₃，根据质量守恒可知产物还有Li₂SiO₃，所以700℃时反应的化学方程式为：Li₂CO₃+Li₂SiO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO₂+Li₄SiO₄，故答案为：Li₂CO₃+Li₂SiO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO₂+Li₄SiO₄；
②依据图示得到化学方程式为：Fe_0.9O+0.1CO₂=xC+$\frac{0.9}{3}$Fe₃O₄，依据碳原子守恒得到x=0.1，故答案为：0.1；
③二氧化碳在a极得到电子发生还原反应生成一氧化碳同时生成氧离子，反应电极反应式为：CO₂+2e^-═CO+O^2-，水中的氢元素化合价降低被还原，电极反应式为：H₂O
+2e^-=H₂+O^2-，故答案为：CO₂+2e^-═CO+O^2-（H₂O+2e^-=H₂+O^2-）；
（4）在250-300℃过程中，催化剂是影响速率的主要因素，因此催化效率的降低，导致反应速率也降低；而在300-400℃时，催化效率低且变化程度较小，但反应速率增加较明显，故答案为：在250-300℃过程中，催化剂是影响速率的主要因素，因此催化效率的降低，导致反应速率也降低；而在300-400℃时，催化效率低且变化程度较小，但反应速率增加较明显，因此该过程中温度是影响速率的主要因素，温度越高，反应速率越大．

点评 本题考查了热化学方程式书写和盖斯定律计算应用，图象分析方法，电化学原理的应用，原子守恒，电子守恒的反应过程分析是解题关键，题目难度中等．