Question

合理地固定和利用CO₂能有效减少空气中的温室气体，产物还能造福人类．
（1）11km深海底的无脊椎动物依靠化学自养菌，以海底热泉喷出液中的H₂S和CO₂合成（C₆H₁₀O₅）_n和一种淡黄色固体，该反应的化学方程式为______．
（2）CO₂可用于合成二甲醚（CH₃OCH₃），有关反应的热化学方程式为：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1
2CH₃OH（g）?H₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ?mol^-1
①反应2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）的△H=______．
②一定条件下用CO₂和H₂合成二甲醚，反应物气流量对CO₂的转化率、二甲醚选择性的影响结果如下图所示．控制气流量为28mL?min^-1，生产0.3mol二甲醚需通入CO₂的物质的量为______．

③反应2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）在T℃时的平衡常数为400．该温度下，在密闭容器中加入CH₃OH，t时刻时，测得c（CH₃OH）=0.03mol?L ^-1，c（CH₃OCH₃）=0.6mol?L ^-1，此时v_正______v_逆（填“＞”、“＜”或“等于”）
④二甲醚燃料电池的工作原理如图1所示．该电池工作时，a电极的反应式为______．
（3）一种“碳捕捉”技术为：将含CO₂的工业尾气通过NaOH溶液，在所得溶液中加CaO，充分反应后过滤，滤渣高温分解得到的高浓度CO₂可用于制备甲醇等．该技术电可以循环使用的物质为______．
（4）利用光能和光催化剂，可将CO₂和H₂O（g）转化为CH₄和O₂．紫外光照射时，等量的CO₂和H₂O（g）在不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下，CH₄产量随光照时间的变化如图2所示．在0～30小时内，CH₄的半均生成速率v（Ⅰ）、v（Ⅱ）、和v（Ⅲ）、从大到小的顺序为______．

Answer 1

【答案】分析：（1）根据题目信息可知H₂S和CO₂生成C₆H₁₀O₅）_n和S，根据原子守恒来配平；
（2）①根据根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减，构造目标热化学方程式，反应热也乘
以相应的系数进行相应的运算；
②先根据二甲醚的选择性求出理论上生成的二甲醚，然后根据物质的量之比等于化学计量数之比求出反应的CO₂的物质的量，最后根据CO₂的转化率求出实际通入的CO₂；
③计算浓度商，与平衡常数比较，可判断反应已经平衡，故v_正=v_逆；
④反应本质是二甲醚的燃烧，原电池负极发生氧化反应，二甲醚在负极放电，正极反应还原反应，氧气在正极放电，由图可知，a极为负极，二甲醚放电生成二氧化碳与氢离子．
（3）据题目信息分析可循环利用的物质；
（4）相同时间甲烷的物质的量的变化量越大，表明平均速率越大，相同时间甲烷的物质的量的变化量越小，平均反应速率越小．
解答：解：（1）H₂S和CO₂生成C₆H₁₀O₅）_n和S，化学方程式为：12nH₂S+6nCO₂=C₆H₁₀O₅）_n+12nS↓+7nH₂O，
故答案为：12nH₂S+6nCO₂=C₆H₁₀O₅）_n+12nS↓+7nH₂O；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1 ①
     2CH₃OH（g）?H₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ?mol^-1    ②
由盖斯定律可知，通过①×2+②可得
2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g），则△H=-49.0kJ/mol×2-23.5kJ/mol=-121.5kJ/mol，
故答案为：-121.5kJ/mol；
②生产0.3mol二甲醚，理论上应生成二甲醚%=6mol，反应的反应的CO₂的物质的量为12mol，实际通入的CO₂的物质的量为=20mol，
故答案为：20mol；
③t时刻时，测得c（CH₃OH）=0.03mol?L ^-1，c（CH₃OCH₃）=0.6mol?L ^-1，c（H₂O）=0.6mol?L ^-1，浓度熵Q==400=K，所以反应已经平衡，故v_正=v_逆；
故答案为：=；
④反应本质是二甲醚的燃烧，原电池负极发生氧化反应，二甲醚在负极放电，正极反应还原反应，氧气在正极放电．由图可知，a极为负极，二甲醚放电生成二氧化碳与氢离子，a电极的电极反应式为 CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，
故答案为：CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺．
（3）在所得溶液中加氧化钙，氧化钙与水反应生成氢氧化钙，碳酸钠与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠，氢氧化钠又是捕捉室中的反应物，所以可以循环利用；碳酸钙高温生成氧化钙和二氧化碳，由题意可得氧化钙还可循环利用，因此氧化钙和氢氧化钠都可以循环利用；
故答案为：氧化钙和氢氧化钠；
（4）由图2可知，在0～0h内，甲烷的物质的量变化量为△n（Ⅰ）＜△n（Ⅱ）＜△n（Ⅲ），故在0～30h内，CH₄的平均生成速率v（Ⅲ）＞v（Ⅱ）＞v（Ⅰ）；
故答案为：v（Ⅲ）＞v（Ⅱ）＞v（Ⅰ）；
点评：本题是道综合题，涉及到的知识点较多，考查了学生灵活运用知识、分析问题和解决问题的能力，难度较大．