Question

13．二氧化碳的回收利用是环保领域研究的热点课题．
（1）在太阳能的作用下，以CO₂为原料制取炭黑的流程如图1所示．其总反应的化学方程式为CO₂$\frac{\underline{\;△或太阳能\;}}{FeO}$C+O₂．

（2）CO₂经过催化氢化合成低碳烯烃．其合成乙烯的反应为2C0₂（g）+6H₂（g）?CH₂=CH₂（g）+4H₂0（g）△H，
几种物质的能量（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所放出或吸收的热量）如下表所示：

物质	H2（g）	CO2（g）	CH2=CH2（g）	H2O（g）
能量/kJ•mol-1	0	-394	52	-242

则△H=-128kJ/mol
（3）在2L恒容密闭容器中充入2molCO₂和nmol H₂，在一定条件下发生（2）中的反应，CO₂的转化率与温度、投料比[X=$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]的关系如图2所示．
①X₁＞  X₂（填“＞”、“＜”或“=”，下同），平衡常数K_A＞ K_B．
②若B点的投料比为3，且从反应开始到B点需要10min，则v（H₂）=0.225mol/（L．min）．
（4）以稀硫酸为电解质溶液，利用太阳能将CO₂转化为低碳烯烃，工作原理图如图3．
①b电极的名称是正极．
②产生丙烯的电极反应式为3CO₂+18H⁺+18e^-=CH₃CH=CH₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）在700K条件下，CO₂和FeO发生反应生成C和Fe₃O₄，过程1中Fe₃O₄分解生成FeO和O₂，所以整个反应过程中FeO作催化剂，根据反应物和生成物及反应条件书写方程式；
（2）焓变等于生成物总能量减去反应物总能量；
（3）①相同条件下，投料比[X=$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]越大，二氧化碳的转化率越大，据此判断X₁、X₂的相对大小；该反应的正反应是放热反应，温度越高其平衡常数越小；
②若B点的投料比为3，且从反应开始到B点需要10min，n（CO₂）=2mol，则n（H₂）=10mol，B点二氧化碳的转化率为75%，则参加反应的n（CO₂）=2mol×75%=1.5mol，根据二氧化碳和氢气之间的关系式知，参加反应的n（H₂）=3n（CO₂）=4.5mol，则v（H₂）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$；
（4）①根据图知，生成氧气的电极是阳极，则连接阳极的电源电极为正极；
②阴极上二氧化碳得电子和氢离子反应生成丙烯和水．

解答 解：（1）在700K条件下，CO₂和FeO发生反应生成C和Fe₃O₄，过程1中Fe₃O₄分解生成FeO和O₂，所以整个反应过程中FeO作催化剂，根据反应物和生成物及反应条件书写方程式为CO₂$\frac{\underline{\;△或太阳能\;}}{FeO}$C+O₂，
故答案为：CO₂$\frac{\underline{\;△或太阳能\;}}{FeO}$C+O₂；
（2）焓变等于生成物总能量减去反应物总能量，则该反应的焓变=[52+（-242）×4-（-392）×2-0]kJ/mol=-128kJ/mol，故答案为：-128kJ/mol；
（3）①相同条件下，投料比[X=$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]越大，二氧化碳的转化率越大，根据图知，相同温度下X₁的转化率大于X₂，所以X₁＞X₂；该反应的正反应是放热反应，温度越高其平衡常数越小，温度A＜B，所以平衡常数A＞B，
故答案为：＞；＞；
②若B点的投料比为3，且从反应开始到B点需要10min，n（CO₂）=2mol，则n（H₂）=10mol，B点二氧化碳的转化率为75%，则参加反应的n（CO₂）=2mol×75%=1.5mol，根据二氧化碳和氢气之间的关系式知，参加反应的n（H₂）=3n（CO₂）=4.5mol，则v（H₂）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{4.5mol}{2L}}{10min}$=0.225mol/（L．min），
故答案为：0.225mol/（L．min）；
（4）①根据图知，生成氧气的电极是阳极，则连接阳极的电源电极为正极，所以b为正极，
故答案为：正极；
②阴极上二氧化碳得电子和氢离子反应生成丙烯和水，电极反应式为3CO₂+18H⁺+18e^-=CH₃CH=CH₂+6H₂O，故答案为：3CO₂+18H⁺+18e^-=CH₃CH=CH₂+6H₂O．

点评 本题考查化学平衡计算、原电池和电解池原理等知识点，为高频考点，侧重考查学生分析计算能力，难点是电极反应式的书写，注意结合电解质溶液酸碱性书写．