题目内容

【题目】二氧化碳被认为是加剧温室效应的主要物质,资源化利用二氧化碳不仅可减少温室气体的排放,还可重新获得燃料或重要工业产品。

Ⅰ.有科学家提出可利用FeO吸收和利用CO2,相关的热化学方程式如下:

6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s) , ΔH=-76.0 kJ·mol-1

②3FeO(s)+H2O(g)= Fe3O4(s)+H2(g) ΔH=-18.7 kJ·mol-1

(1)在上述反应中①中,每吸收1molCO2,就有_______molFeO被氧化。

(2)试写出C(s)与水蒸气反应生成CO2和H2的热化学方程式___________

Ⅱ.一定条件下,二氧化碳转化为甲烷。向一容积为2L的恒容密闭容器中充人一定量的CO2和H2,在300℃时发生上述反应的反应CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) 。达到平衡时,各物质的浓度分别为CO2 0.2mol·L-1、CH4 0.8mol·L-1、H2 0.8mol·L-1,H2O 1.6mol·L-1

(3)在300℃是,将各物质按下列起始浓度(mol·L-1)加入该反应容器中,达到平衡后,各组分浓度与上述题中描述的平衡浓度相同的是_____________

选项

CO

H2

CH4

H2O

A

0

0

1

2

B

2

8

0

0

C

1

4

1

.2

D

0.5

2

0.5

1

(4)若保持温度不变,再向该容器内充入与起始量相等的CO2H2,重新达到平衡时,CH4的浓

________(填字母)。

A.c(CH4)=0.8mol·L-1 B.0.8mol L-1 >c(CH4) >1.6mol L-1

C.c(CH4)=l.6mol·L-1 D.C(CH4)>1.6mol L-1

(5)300时,如果向该容器中加入CO20.8 mol·L-1H21.0 moL-1CH4 2.8 moL-1H2O 2.0mol·L-1,则该可逆反应初始速率v_____v (填“>” 或“<”)。

(6)若已知200℃时该反应的平衡常数K=64.8 则该反应的△H_________0(填“>”或“<”)。

.某高校的研究人员研究出一种方法,可实现水泥生产时CO2零排放,其基本原理如图所示

(7)上述电解反应在温度小于900℃时进行,碳酸钙先分解为CaO和CO2,电解质为熔融合碳酸钙,阴极的电极反应式为3CO2+4e- =C+2CO32-,则阳极的电极反应式为______________

【答案】 4 C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) △H= +38.6KJ·mol-1 AD D > < 2CO32—4e-=2CO2+O2

【解析】试题分析:(1)根据得失电子守恒计算每吸收1molCO2氧化的FeO的物质的量;(2)利用盖斯定律计算 C(s)与水蒸气反应生成CO2和H2的焓变;(3) CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)反应前后物质的量不同,平衡浓度相同要满足等量等效;(4)把再充入的与起始量相等的CO2H2气体,放热一个与原容器相同的容器中,则两容器满足等量等效,再把两个容器内气体压入一个容器,相当于加压;(5)根据Q、K的关系判断反应方向;(6)根据300℃、200℃时的平衡常数,判断焓变;(7)阴极发生还原反应生成氧气;

解析:(1)根据6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s)1molCO2参加反应得4 mol电子,Fe元素化合价由+2变为+3,根据电子守恒,每吸收1molCO2氧化的FeO的物质的量4mol;(2) ①6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s) , ΔH=-76.0 kJ·mol-1

②3FeO(s)+H2O(g)= Fe3O4(s)+H2(g) ΔH=-18.7 kJ·mol-1 ,根据盖斯定律②×2-①得C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) △H= +38.6KJ·mol-1;(3)根据 CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)达到平衡时各物质的浓度分别为CO2 0.2mol·L-1、CH4 0.8mol·L-1、H2 0.8mol·L-1,H2O 1.6mol·L-1,则开始投入的CO2 1mol·L-1、H2 4mol·L-1CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)反应前后物质的量不同,该反应满足等量等效,实验A相当于投入CO2 1mol·L-1、H2 4mol·L-1;实验B相当于投入CO2 2mol·L-1、H2 8mol·L-1;实验C相当于投入CO2 2mol·L-1、H2 8mol·L-1;实验D相当于投入CO2 1mol·L-1、H2 4mol·L-1;所以各组分浓度与上述题中描述的平衡浓度相同的是AD;(4)把再充入的与起始量相等的CO2H2气体,放热一个与原容器相同的容器中,则两容器满足等量等效,CH4 的浓度都是0.8mol·L-1,再把两个容器内气体压入一个容器,相当于加压,CH4 的浓度都大于1.6mol·L-1;(5) 在300℃时达到平衡,各物质的浓度分别为CO2 0.2mol·L-1、CH4 0.8mol·L-1、H2 0.8mol·L-1H2O 1.6mol·L-1,则 ;在300℃时,如果向该容器中加入CO2 0.8 mol·L-1H2 1.0 mol·L-1CH4 2.8 mol·L-1H2O 2.0mol·L-1 ,所以反应正向进行,v>v;(6) 300℃的平衡常数小于200℃时的平衡常数,所以△H<0;(7)阴极发生还原反应生成氧气,电极反应为2CO32—4e-=2CO2↑+O2↑;

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②先加热浓硝酸,然后将炭投入其中

③先加热炭,再加入冷浓硝酸

④先加热炭,再将炭投入冷浓硝酸。

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写出此反应的化学方程式:______________

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