Question

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．
（1）有科学家提出可利用Fe0吸收和利用CO₂，相关热化学方程式如下
6FeO（s）+CO₂（g）═2Fe₃O₄（s）+C（g）△H=-76.0KJ?mol^-1该反应中每放出38kJ热量，转移电子的物质的量为

 

mol．
（2）在一定条件下，二氧化碳转化为甲烷的反应如下：CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H＜0
①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，达到平衡时各物质的浓度分别为CO₂ 0.2mol?L^-1，H₂ 0.8mol?L^-1，CH₄ 0.8mol?L^-1，H₂O 1.6mol?L^-1起始充CO₂和H₂的物质的量分别为

 

、

 

．CO₂的平衡转化率为

 

．
②现有两个相同的恒容绝热（与外界没有热量交换）密闭容器I、II，在I中充人1mol CO₂和4mol H₂，在II中充人1mol CH₄和2mol H₂O（g），300℃下开始反应．达到平衡时，下列说法正确的是

 

（填字母）．
A、容器I、II中正反应速率相同
B、容器I、II中CH₄的物质的量分数相同
C、容器I中CO₂的物质的量比容器II中的多
D、容器I中CO₂的转化率与容器II中CH₄的转化率之和小于1
（3）华盛顿大学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：
①上述生产过程的能量转化方式是

 

．
②上述电解反应在温度小于900℃时进行碳酸钙先分解为Ca0和CO₂，电解质为熔融碳酸钠，则阳极的电极反应式为

 

，阴极的电极反应式为

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,有关反应热的计算,化学平衡的影响因素,电解原理

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）依据热化学方程式和反应放出的热量计算反应的量，计算电子转移；
（2）①依据化学平衡三段式列式计算；
②A．容器Ⅰ中从正反应开始到达平衡，容器Ⅱ中从逆反应开始到达，平衡建立的途径不相同；
B．容器Ⅱ中相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上再加入1mol CO和1mol H₂O，反应向正反应进行，故容器Ⅱ中到达平衡时温度更高，该反应正反应是放热反应，温度越高平衡常数越小，CH₄的物质的量分数不相同；
C．容器Ⅱ中所到达的平衡状态，相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上降低温度，平衡向正反应移动；
D．温度相同时，容器Ⅰ中CO 的转化率与容器Ⅱ中CO₂的转化率之和等于1，容器Ⅱ中所到达的平衡状态，相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上降低温度，平衡向正反应移动；
（3）①依据图示可知是太阳能和电能转化为化学能的变化过程；
②上述电解反应在温度小于900℃时进行碳酸钙先分解为Ca0和CO₂，电解质为熔融碳酸钠，则阳极的电极反应是碳酸根离子失电子生成氧气的过程，阴极是二氧化碳得到电子生成碳，依据电子守恒和传导离子配平书写电极反应；

解答： 解：（1）6FeO（s）+CO₂（g）═2Fe₃O₄（s）+C（g）△H=-76.0KJ?mol^-1该反应中每放出38kJ热量，反应的二氧化碳物质的量为0.5mol，1mol二氧化碳反应转移电子4mol，0.5mol二氧化碳反应转移电子2mol，所以转移电子的物质的量2mol；
故答案为：2；
（2）①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，达到平衡时各物质的浓度分别为CO₂ 0.2mol?L^-1，H₂ 0.8mol?L^-1，CH₄ 0.8mol?L^-1，H₂O 1.6mol?L^-1 ，起始充CO₂和H₂的物质的量分别为x、y；
        CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）
起始量   x        y       0        0
变化量   1.6      6.4     1.6     3.2
平衡量   0.4      1.6      1.6     3.2
x=1.6mol+0.4mol=2mol，y=6.4mol+1.6mol=8mol；
CO₂的平衡转化率=

1.6mol

2mol

×100%=80%；
故答案为：2 mol；8 mol；80%
②A．容器Ⅰ中从正反应开始到达平衡，容器Ⅱ中从逆反应开始到达，平衡建立的途径不相同，无法比较反应速率，故A错误
B．容器Ⅱ中相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上再加入1mol CO和1mol H₂O，反应向正反应进行，故容器Ⅱ中到达平衡时温度更高，该反应正反应是放热反应，温度越高平衡常数越小，CH₄的物质的量分数不相同，故B错误；
C．容器Ⅱ中所到达的平衡状态，相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上降低温度，平衡向正反应移动，故容器Ⅰ中CO 的物质的量比容器Ⅱ中的多，故C正确；
D．温度相同时，容器I中CO 的转化率与容器Ⅱ中CO₂的转化率之和等于1，容器Ⅱ中所到达的平衡状态，相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上降低温度，平衡向正反应移动，二氧化碳的转化率比两容器相同温度时容器Ⅱ中CO₂的转化率低，故容器Ⅰ中CO 的转化率与容器Ⅱ中CO₂的转化率之和小于1，故D正确；
故选CD．
（3）①依据图示可知是太阳能和电能转化为化学能的变化过程；
故答案为：太阳能和电能转化为化学能；
②述电解反应在温度小于900℃时进行碳酸钙先分解为Ca0和CO₂，电解质为熔融碳酸钠，则阳极的电极反应是碳酸根离子失电子生成氧气的过程，电极反应为：2CO₃^2--4e^-═2CO₂↑+O₂↑，阴极是二氧化碳得到电子生成碳，依据电子守恒和传导离子配平书写电极反应为：3CO₂+4e^-═C+2CO₃^2-；
故答案为：2CO₃^2--4e^-═2CO₂↑+O₂↑，3CO₂+4e^-═C+2CO₃^2-；

点评：本题考查热化学方程式书写，电池电极反应，影响化学平衡的因素、化学平衡的建立等，难度较大，构建平衡建立的途径进行比较是关键．