Question

19．二氧化碳的捕集、利用与封存是能源领域的一个重要研究课题
（1）在太阳能作用下，以CO₂为原料制取碳（C）的流程如图1所示．

①热分解系统每分解0.5mol Fe₃O₄转移电子的物质的量为1mol．
②该系统的总反应的化学方程式是CO₂═C+O₂．
（2）二氧化碳催化加氢可合成低碳烯：
2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H₁=-a kJ•mol^-1，有关能量变化如图2所示：
①几种物质具有的能量（在标准状况下，规定单质的能量为0，测得其他物质在生成时放出或吸收的热量即为其具有的能量）如表所示：

物质	CO2（g）	C2H4（g）	H2O（g）
能量/kJ•mol-1	-394	52	-242

则a=128
②几种化学键的键能如下：

化学键	C=O	H-H	C=C	O-H
键能/kJ•mol-1	803	b	615	463

则b=436
（3）据报道以二氧化碳为原料采用特殊的电极电解强酸性的二氧化碳水溶液可得到多种燃料，其原理如图三所示．

①该工艺中能量转化方式主要有太阳能转化为电能、电能转化为化学能（写出其中两种形式即可）．
②其中b极上生成丙烯（CH₃CH=CH₂）的电极反应式为3CO₂+18H⁺+18e^-=CH₃CH=CH₂+6H₂O．
③乙烯和氧气反应通过上图四装置可将化学能转化为电能，b电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

Answer 1

分析 （1）①反应2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$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；
②由示意图可知，重整系统中CO₂和FeO反应生成Fe₃O₄和C；
（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乙烯，乙烯在阴极生成．

解答 解：（1）①反应2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO6FeO+O₂↑中O元素化合价由-2价升高到0价，由方程式可知，2molFe₃O₄参加反应，生成1mol氧气，转移4mol电子，则每分解lmolFe₃O₄转移电子的物质的量为2mol，故答案为：2mol；
②由示意图可知，重整系统中CO₂和FeO反应生成Fe₃O₄和C，反应的方程式为6FeO+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄+C，故答案为：6FeO+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄+C；
（2）①随着温度升高，氢气的物质的量逐渐增多，因氢气为反应物，则另一条逐渐增多的曲线为CO₂，由计量数关系可知b为水，c为C₂H₄的变化曲线，
故答案为：H₂O；
②由曲线变化可知随着温度升高，氢气的物质的量逐渐增多，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应放热，故答案为：＜；
③为提高CO₂的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是增大压强或提高$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$比值，故答案为：增大压强或提高$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$比值；
（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太阳能转化为电能，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，电极反应式为3CO₂+18H⁺+18e^-=CH₃CH=CH₂+6H₂O，故答案为：3CO₂+18H⁺+18e^-=CH₃CH=CH₂+6H₂O．
③乙烯和氧气反应中，电子流出的一极为负极，b电极为正极，b电极反应式为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

点评 本题较为综合，涉及氧化还原、化学平衡移动以及原电池反应等知识，考查了学生分析问题、解决问题的能力，题目难度中等．注意电极正负极的判断以及反应式的书写，注意燃料电池的负极上是燃料发生失电子的氧化反应．