Question

【题目】2016年11月4日是《巴黎协定》气候协议生效的日期，其宗旨是提高绿色低碳转型的竞争力、抵御气候变化，人们需要用不同的方法将CO2进行转化利用。

（1）处理CO2的方法之一是使其与氢气反应合成甲醇。已知氢气、甲醇燃烧的热化学方程式如下：

2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) △H=－283.0kJ·mol－1

2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(1) △H=－726.0kJ·mol－1

写出二氧化碳与氢气合成甲醇液体的热化学方程式_________；

（2）CO2经催化加氢还可合成低碳烯烃：2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) △H=QkJ·mol－1在0.1MPa时，按n(CO2):n(H2)＝1:3投料，右图表示平衡时四种气态物质的物质的量（n）与温度（T）的关系。

①Q______0（填“>”、“＝”或“<”）；

②曲线b表示的物质为_____。

（3）在强酸性的电解质水溶液中，用惰性材料做电极，电解CO2可得到多种燃料，其原理如右图所示。

①该工艺中能量转化方式主要有______；

②电解时，生成丙烯（C3H6）的电极反应式为______。

（4）以CO2为原料制取碳（C）的太阳能工艺如右图所示。

①过程1中发生反应的化学方程式为______；

②过程2中每生成1molFe3O4[FeOFe2O3]转移电子的物质的量为______。

Answer 1

【答案】CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l)△H=－61.5kJ·mol－1 ＜ H2O 太阳能转化为电能，电能转化为化学能 3CO2+18H++18e-=C3H6+6H2O 2Fe3O4=6FeO+O2↑ 2mol

【解析】

(1)由①2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) △H=－283.0kJ·mol－1；

②2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(1) △H=－726.0kJ·mol－1根据盖斯定律计算；

(2)由曲线变化可知随着温度升高，氢气的物质的量逐渐增多，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应放热;可知a为CO2的变化曲线，结合计量数关系可知b为水，c为C2H4的变化曲线；

(3)太阳能电池为电源，电解强酸性的二氧化碳水溶液得到丙烯，丙烯在阴极生成；

(4)①由示意图可知，过程1中四氧化三铁在大于2300K条件下分解生成氧化亚铁和碳；

②反应2Fe3O4=6FeO+O2↑中O元素化合价由-2价升高到0价，结合元素化合价以及方程式计算。

(1)由①2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) △H=－283.0kJ·mol－1

②2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(1) △H=－726.0kJ·mol－1

根据盖斯定律:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(l)+H2O(l) △H==61.5kJ/mol,

故答案为:：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) △H=－61.5kJ·mol－1；

(2)①由曲线变化可知随着温度升高，氢气的物质的量逐渐增多，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应放热，Q<0，故答案为：<；

②随着温度升高，氢气的物质的量逐渐增多，因氢气为反应物，则另一条逐渐增多的曲线为CO2，由计量数关系可知b为水，c为C2H4的变化曲线，故答案为：H2O；

(3)①太阳能电池为电源，电解强酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，可知能量转化形式有光能转化为电能，电能转化为化学能，部分电能转化为热能，故答案为：太阳能转化为电能，电能转化为化学能；

②电解时，二氧化碳在b极上生成丙烯，得到电子的一极为电源的正极，电极反应式为：3CO2+18H++18e-=C3H6+6H2O，故答案为：3CO2+18H++18e-=C3H6+6H2O；

(4)①由示意图可知，过程1中四氧化三铁在大于2300K条件下分解生成氧化亚铁和碳反应的化学方程式为2Fe3O4=6FeO+O2↑；故答案为：2Fe3O4=6FeO+O2↑；

②反应2Fe3O4=6FeO+O2↑中O元素化合价由-2价升高到0价，由方程式可知，2molFe3O4参加反应，生成1mol氧气，转移4mol电子，则每分解lmolFe3O4转移电子的物质的量为2mol，故答案为:：2mol。