Question

1．2016年11月4日是《巴黎协定》气候协议生效的日期，其宗旨是提高绿色低碳转型的竞争力、抵御气候变化，人们需要用不同的方法将CO₂进行转化利用．
（1）处理CO₂的方法之一是使其与氢气反应合成甲醇．已知氢气、甲醇燃烧的热化学方程式如下：
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（I）△H=-283.0kJ•mol^-1
2CH₃OH（I）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O{I）△H=-726.0kJ•mol^-1
写出二氧化碳与氢气合成甲醇液体的热化学方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-61.5kJ/mol；
（2）CO₂经催化加氢还可合成低碳烯烃：
2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H=Q kJ•mol^-1
在0.1MPa时，按n（CO₂）：n（H₂）=1：3投料，图1表示平衡时四种气态物质的物质的（n）与温度（T）的关系．
（1）Q＜0（填“＞”、或“＜”）；
②曲线b表示的物质为b．
（3）在强酸性的电解质水溶液中，用惰性材料做电极，电解CO₂可得到多种燃料，其原理如图2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；
②电解时，生成丙烯的电极反应式为3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₆+6H₂O．
（4）以CO₂为原料制取碳（C）的太阳能工艺如图3所示．
①过程1中发生反应的化学方程式为2Fe₃O₄ $\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO+O₂↑．
②过程2中每生成lmolFe₃O₄[FeO•Fe₂O₃]转移电子的物质的量为2mol．

Answer 1

分析 （1）由①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-283.0  kJ/mol；
②2CH₃OH（1）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-726.0  kJ/mol；
根据盖斯定律：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=$\frac{3①-②}{2}$，进行计算求解；
（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丙烯，丙烯在阴极生成；
（4）①由示意图可知，过程1中四氧化三铁在大于2300K条件下分解生成氧化亚铁和碳；
②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．

解答 解：（1）由①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-283.0  kJ/mol；
②2CH₃OH（1）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-726.0  kJ/mol；
根据盖斯定律：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=$\frac{3①-②}{2}$=$\frac{3×（-283.0）-（-726.0）}{2}$=-61.5  kJ/mol，
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-61.5  kJ/mol；
（2）①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，Q＜0，
故答案为：＜；
②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；
（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光能转化为电能，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，得到电子的一极为电源的正极，电极反应式为：3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₆+6H₂O，
故答案为：3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₆+6H₂O；
（4）①由示意图可知，过程1中四氧化三铁在大于2300K条件下分解生成氧化亚铁和碳，反应的化学方程式为：2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO+O₂↑，
故答案为：2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO+O₂↑；
②反应2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO+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．

点评 本题涉及热化学方程式书写和盖斯定律计算、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．