Question

【题目】二氧化碳的利用是我国能源领域的一个重要战略方向，目前我国科学家在以下方面已经取得重大成果。

（1）图1是由CO2制取C的太阳能工艺。已知过程1发生的反应中=6，则FexOy的化学式为__。过程1生成1molC的反应热为△H1；过程2产生lmolO2(g)的反应热为△H2。则由CO2制取C的热化学方程式为__。

（2）利用CO2合成甲醇的反应为：CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g) ΔH=-53.7kJ·mol-1，一定条件下，将1molCO2和2.8molH2充入容积为2L的绝热密闭容器中，发生上述反应。CO2的转化率[α(CO2)]在不同催化剂作用下随时间的变化曲线如图2所示。过程Ⅰ的活化能__(填“＞”“＜”或“=”)过程Ⅱ的活化能，n点的平衡常数K=__。

（3）用二氧化碳合成低密度聚乙烯(LDPE)。以纳米二氧化钛膜为工作电极，常温常压电解CO2，可制得LDPE，该电极反应可能的机理如图3所示。

①过程Ⅰ～Ⅲ中碳元素发生__反应(填“氧化”或“还原”)。

②请补充完整并配平CO2转化为LDPE的电极反应：2nCO2+___+___=+___。__

③工业上生产1.4×104g的LDPE，理论上需要标准状况下CO2的体积是__L。

Answer 1

【答案】Fe3O4 CO2(g)=C(s)+O2(g) △H=△H1+△H2 ＜ 200 还原 2nCO2+12ne-+12nH+=+4nH2O 2.24×104

【解析】

(1)根据=6可写出反应的化学方程式：6FeO＋CO2===FexOy＋C，根据原子守恒知x∶y＝3∶4；由盖斯定律计算可得；

（2）反应活化能越小，反应速率越快；由题意可以建立三段式计算可得热化学方程式；

（3）①由题给示意图可知，过程Ⅰ～Ⅲ中碳元素发生如下转化CO2→CO2－→CO→∶CH2，碳元素的化合价的变化为+4→+3→+2→-2；

②CO2转化为LDPE时碳元素的化合价由+4降到-2价，每个碳原子得6个电子，则2n个CO2共得12n个电子；

③据2nCO2~计算可得标准状况下CO2的体积。

(1)根据=6可写出反应的化学方程式：6FeO＋CO2===FexOy＋C，根据原子守恒知x∶y＝3∶4，则FexOy的化学式为Fe3O4；由盖斯定律可知，过程1+过程2可得CO2制取C的热化学方程式CO2(g)=C(s)+O2(g)，则△H=△H1+△H2，故答案为：Fe3O4；CO2(g)=C(s)+O2(g) △H=△H1+△H2；

（2）反应活化能越小，反应速率越快，由题给示意图可知，过程Ⅰ先达到平衡，反应速率快于过程Ⅱ，则过程Ⅰ的活化能小于过程Ⅱ的活化能；由图可知CO2的转化率为80%，反应消耗二氧化碳的浓度为0.4mol/L，由题意可以建立如下三段式：

则平衡常数K==200，故答案为：＜；200；

（3）①由题给示意图可知，过程Ⅰ～Ⅲ中碳元素发生如下转化CO2→CO2－→CO→∶CH2，碳元素的化合价的变化为+4→+3→+2→-2，均为碳被还原的过程，故碳元素均发生还原反应，故答案为：还原；

②CO2转化为LDPE时碳元素的化合价由+4降到-2价，每个碳原子得6个电子，则2n个CO2共得12n个电子，电极反应反应式为2nCO2+12ne-+12nH+=+4nH2O，故答案为：2nCO2+12ne-+12nH+=+4nH2O；

③生产1.4×104 g ，即生产1.4×104g，据2nCO2~，可知CO2的物质的量为=1.0×103mol，标准状况下CO2的体积等于1.0×103mol×22.4L/mol=2.24×104L，故答案为：2.24×104。