Question

【題目】二氧化碳的回收利用是環(huán)保和能源領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)課題。

（1）新的研究表明，利用太陽能可以將CO2分解制取炭黑，其原理如右圖所示。該過程的能量轉(zhuǎn)化形式為______，在整個(gè)過程中，FeO的作用是_________。

已知：

①2Fe2O4（s）=6FeO（s）+O2（g） ΔH=akJ/mol

②C（s）+O2（g）=CO2（g） ΔH=bKJ/mol 則過程2的熱化學(xué)方程式為________。

（2）一定溫度下，在密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)CO2（g）+CH4（g）2CO（g）+2H2（g） ΔH>0，下列說法正確的是________。

A.當(dāng)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)

B.升高溫度，加快反應(yīng)速率，CO2的轉(zhuǎn)化率降低

C.增大CO2的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)增大

D.平衡時(shí)CO、H2的體積分?jǐn)?shù)不一定相等

（3）在2L恒容密閉容器中充入2molCO2和nmolH2，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)CO2（g）+3H2（g）CH3COOH（g）+H2O（g），CO2的轉(zhuǎn)化率與溫度、投料比的關(guān)系如右圖所示。

①若從反應(yīng)開始到A點(diǎn)需要10s，則V（H2）= _____。

②該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為______，若X1=3，則B點(diǎn)的K=___________。

③根據(jù)圖像判斷X1 ____X2（填“>”、“<”或“=”，下同），平衡常數(shù)KA ___KB。

④若在500K時(shí)，按X1投料，在恒壓下進(jìn)行，達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率______75%（填“>”、“<”或“=”）

（4）美國伊利諾大學(xué)芝加哥分校（UIC）的研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一種突破性的新太陽能電池，能把大氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)換成碳?xì)浠�合物�?/span>hydrocarbon）燃料，解決了現(xiàn)代社會(huì)的兩大挑戰(zhàn)：“減少大氣的碳含量”以及“有效率地制造高密度能源”。右圖是通過CO2和H2O作用制備CH3OH的原理示意圖。

①a電極的名稱_________，電極產(chǎn)物___________。

②b電極的電極反應(yīng)為_________。

Answer 1

【答案】 太陽能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能 催化劑 6FeO(s)+CO2(g) =2Fe3O4(s)+C(s) ΔH=(-a-b)kJ/mol AD 0.225mol/Ls K=c（CH2OH）·c（H2O）/[c（CO2）·c3（H2）] 5.3 > > > 負(fù)極 H+、O2 CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O

【解析】（1）從圖中可以看出①2Fe2O4（s）=6FeO（s）+O2（g） ΔH=akJ/mol吸收太陽能，轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，又已知②C（s）+O2（g）=CO2（g） ΔH=bKJ/mol ，由-1×①-②得過程2的熱化學(xué)方程式為 6FeO(s)+CO2(g) =2Fe3O4(s)+C(s) ΔH=(-a-b)kJ/mol ，從過程1和2中FeO先作反應(yīng)物，后作生成物，F(xiàn)eO起催化劑的作用；（2）A、CO2（g）+CH4（g）2CO（g）+2H2，反應(yīng)物系數(shù)之和不等于生成物系數(shù)之和，只要平衡有所移動(dòng)，勢必會(huì)導(dǎo)致分子數(shù)的變化，所以當(dāng)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量一定，一定是平衡狀態(tài)，故A正確；B、升高溫度，加快反應(yīng)速率，該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，平衡正向移動(dòng)，CO2的轉(zhuǎn)化率升高，故B錯(cuò)誤；C、增大CO2的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，但溫度不變，平衡常數(shù)不變，故C錯(cuò)誤；D、由于不清楚該反應(yīng)的開始狀態(tài)，所以平衡時(shí)CO、H2 的體積分?jǐn)?shù)不一定相等，故正確。（3） ①由圖像可知，CO2的轉(zhuǎn)化率是0.75，則反應(yīng)的CO2的物質(zhì)的量為1.5mol，因此v(CO2)=1.5mol/(2L×10min)=0.075 mol/(L·s)，換算成v(H2)= 0.225 mol/(L·s)。

②若X1=3，則n=6,B 點(diǎn)時(shí)C(CH3OH)=C(H2O)=0.75mol·L－1，C(CO2)=0.25mol·L－1，C(H2)=0.75mol·L－1，用三段式進(jìn)行計(jì)算可得出，K=5.3。

③根據(jù)圖像可知，在等溫時(shí)，X1 條件下CO2 的轉(zhuǎn)化率大于在X2 條件下CO2 的轉(zhuǎn)化率，說明X1>X2。隨溫度升高，CO2 的轉(zhuǎn)化率減小，平衡逆向移動(dòng)，說明正反應(yīng)是放熱的，B 點(diǎn)的溫度比A 點(diǎn)高，所以平衡常數(shù)KA>KB。

④在500 K 時(shí)，恒容下，隨反應(yīng)的進(jìn)行，壓強(qiáng)減小，若在恒壓下達(dá)到平衡狀態(tài)，相當(dāng)于對恒容下進(jìn)行加壓，平衡正向移動(dòng)，此時(shí)CO2 的轉(zhuǎn)化率變大。

（4）該電池的總反應(yīng)為2CO2+4H2O=2CH3OH+3O2，可以將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能；①分析圖像，由電子轉(zhuǎn)移的方向可知，a 為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)：2H2O―4e―=O2＋4H＋ ；②b 為正極，發(fā)生還原反應(yīng)：CO2+6H＋+6e－=CH3OH+H2O