Question

【题目】有效控制大气温室气体浓度，推动绿色低碳发展，是人类可持续发展的重要战略之一，因此捕集、利用CO2始终是科学研究的热点。

（1）新的研究表明，可以将CO2转化为炭黑回收利用，反应原理如图所示。

①碳在元素周期表中的位置是_______________。

②整个过程中FeO的作用是__________________。

③写出CO2转化为炭黑的总反应化学方程式__________________。

（2）我国科学家用Fe3(CO)12/ZSM-5催化CO2加氢合成低碳烯烃反应，所得产物含CH4、C3H6、C4H8等副产物，反应过程如图。

催化剂中添加Na、K、Cu助剂后（助剂也起催化作用）可改变反应的选择性，在其他条件相同时，添加不同助剂，经过相同时间后测得CO2转化率和各产物的物质的量分数如下表。

①欲提高单位时间内乙烯的产量，在Fe3(CO)12/ZSM-5中添加____________助剂效果最好；

②加入助剂能提高单位时间内乙烯产量的根本原因是____________。

（3）电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理如右图所示。

①写出阴极CO2还原为HCOO的电极反应式：________________________。

②电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低，其原因是_____________________。

Answer 1

【答案】第二周期第ⅣA族 催化剂 CO2 C+O2 K 降低生成乙烯的反应所需要的活化能，加快乙烯生成速率，而对其他副反应几乎无影响 CO2+HCO3+2e=HCOO +CO32-或CO2+H++2e=HCOO 阳极产生O2，pH减小，浓度降低，K+部分迁移至阴极区

【解析】

（1）①碳在元素周期表中的位置为第二周期第ⅣA族。

②由反应原理图可知，过程Ⅰ中FeO是反应物，过程Ⅱ中FeO是生成物。

③CO2转化为炭黑的总反应方程式是二氧化碳在催化剂作用下生成氧气和碳。

（2）①由表中数据可知，Na的其他副反应占比大，Cu的CO2转化率低，兼顾乙烯的产率、CO2转化率和对副反应的影响，选择添加K助剂效果最好，不仅能提高单位时间内乙烯产量，并且其他副反应占比少。

②加入助剂能降低生成乙烯的反应所需要的活化能，加快乙烯生成速率，而对其他副反应几乎无影响。

（3）①阴极发生还原反应，CO2得电子生成HCOO-。

②阳极区OH-失电子产生O2，溶液pH减小，HCO3浓度降低，溶液中的阳离子向阴极移动，K+部分迁移到阴极区。

（1）①碳在元素周期表中的位置为第二周期第ⅣA族，故答案为：第二周期第ⅣA族。

②由反应原理图可知，过程Ⅰ中FeO是反应物，过程Ⅱ中FeO是生成物，整个过程中FeO作催化剂，故答案为：催化剂。

③CO2转化为炭黑的总反应方程式是二氧化碳在催化剂作用下生成氧气和碳，化学反应方程式：CO2 C+O2，故答案为：CO2 C+O2。

（2）①由表中数据可知，Na的其他副反应占比大，Cu的CO2转化率低，兼顾乙烯的产率、CO2转化率和对副反应的影响，选择添加K助剂效果最好，不仅能提高单位时间内乙烯产量，并且其他副反应占比少，故答案为：K。

②加入助剂能提高单位时间内乙烯产量的根本原因是降低生成乙烯的反应所需要的活化能，加快乙烯生成速率，而对其他副反应几乎无影响，故答案为：降低生成乙烯的反应所需要的活化能，加快乙烯生成速率，而对其他副反应几乎无影响。

（3）①阴极发生还原反应，CO2得电子生成HCOO-，阴极的电极反应式为：

CO2+HCO3+2e=HCOO+CO32-或CO2+H++2e=HCOO，故答案为：CO2+HCO3+2e=HCOO+CO32-或CO2+H++2e=HCOO。

②电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低，是由于电解质溶液中OH-在阳极失电子产生O2，溶液pH减小，HCO3浓度降低，溶液中的阳离子向阴极移动，K+部分迁移到阴极区，故答案为：阳极产生O2，pH减小，浓度降低，K+部分迁移至阴极区。