Question

17．综合利用CO₂、CO对构建低碳社会有重要意义．
（1）Li₄SiO₄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．700℃时反应的化学方程式为Li₂CO₃+Li₂SiO₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$CO₂+Li₄SiO₄．
（2）固体氧化物电解池（SOEC）用于高温共电解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1．
①b为电源的正极（填“正极”或“负极”）．
②写出电极c发生的电极反应式：CO₂+2e^-═CO+O^2-、H₂O+2e^-═H₂+O^2-．

（3）电解生成的合成气在催化剂作用下发生如下反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．对此反应进行如下研究：某温度下在一恒压容器中分别充入1.2mol CO和1mol H₂，达到平衡时容器体积为2L，且含有0.4mol CH₃OH（g），则该反应平衡常数值为50，此时向容器中再通入0.35mol CO气体，则此平衡将向逆反应方向（填“向正反应方向”“不”或“向逆反应方向”）移动．
（4）已知：

若甲醇的燃烧热为△H₃，试用△H₁、△H₂、△H₃表示CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l）的△H，则△H=△H=2△H₁-△H₂-△H₃．
（5）利用太阳能和缺铁氧化物可将廉价CO₂热解为碳和氧气，实现CO₂再资源化，转化过程如图2所示，若用1mol缺铁氧化物与足量CO₂完全反应可生成0.1mol C（碳）．

Answer 1

分析 （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）二氧化碳、水分别在a极得到电子发生还原反应生成一氧化碳、氢气，同时生成氧离子；电极b氧离子失去电子发生氧化反应生成氧气；
（3）根据平衡常数的计算公式计算，恒温恒压下，体积之比等于物质的量之比，据此计算加入0.35molCO时容器的体积，计算此时浓度商，与平衡常数相比判断反应进行方向；
（4）由图反应Ⅰ可知H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l），△H₁；由反应Ⅱ可知：CO₂（g）=CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g），△H₂；若甲醇的燃烧热为△H₃，所以CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=2H₂O（l）+CO₂（g），△H₃运用盖斯定律计算焓变；
（5）依据反应物和产物利用直平法配平化学方程式，利用碳元素守恒计算得到．

解答 解：（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$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$CO₂+Li₄SiO₄，故答案为：Li₂CO₃+Li₂SiO₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$CO₂+Li₄SiO₄；
（2）①CO₂+H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{高温}$CO+H₂+O₂，二氧化碳中的碳元素化合价降低，被还原，水中的氢元素化合价降低被还原，反应物中的氧元素化合价升高，被氧化，失去电子发生氧化反应生成氧气，所以电极d为阳极，所以b为电源的正极，故答案为：正极；
②二氧化碳在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-；
（3）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始：1.2mol 1mol       0
转化：0.4mol 0.8mol   0.4mol
平衡：0.8mol 0.2mol   0.4mol
所以：k=$\frac{0.2mol/L}{0.4mol/L×（0.1mol/L）^{2}}$=50（mol/L）^-2，此时向容器中再通入0.35molCO气体，假设平衡不移动时，此时容器体积为：2L×$\frac{（0.35+0.8+0.2+0.4）mol}{（0.8+0.2+0.4）mol}$=2.5L，则浓度商Qc=$\frac{\frac{0.4}{2.5}}{\frac{1.15}{2.5}×（\frac{0.2}{2.5}）^{2}}$=54.3，大于平衡常数50，平衡向逆反应方向移动，
故答案为：50；逆反应方向；
（4）由图反应Ⅰ可知H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l），△H₁；由反应Ⅱ可知：CO₂（g）=CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g），△H₂；若甲醇的燃烧热为△H₃，所以CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=2H₂O（l）+CO₂（g），△H₃；所以盖斯定律，目标反应为：△H=2△H₁-△H₂-△H₃，故答案为：：△H=2△H₁-△H₂-△H₃；
（5）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．

点评 本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算和应用，电解池电极反应的分析书写，化学平衡常数的计算，原子守恒氧化还原反应的计算应用，题目难度中等．