Question

2．CO₂和CH₄是兩種主要的溫室氣體，以CH₄和CO₂為原料制造更高價值的化學(xué)產(chǎn)品是目前緩解溫室效應(yīng)的研究方向．回答下列問題：
（1）由CO₂制取C的太陽能工藝如圖1所示．
①“熱分解系統(tǒng)”發(fā)生的反應(yīng)為2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;＞2300K\;}}{\;}$6FeO+O₂↑，則每分解lmolFe₃O₄轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol．
②“重整系統(tǒng)”發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為6FeO+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$C+2Fe₃O₄．
（2）一定條件下，CO₂和CH₄反應(yīng)可生產(chǎn)合成氣（CO、H₂的混合氣體），其可用于合成多種液體燃料．
已知：
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-802.3kJ•mol^-1
CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H₂=-41.0kJ•mol^-1
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ•mol^-1
反應(yīng)CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）的△H=+247.7kJ•mol^-1
（3）CO₂催化加氫可合成低碳烯烴，起始時在0.1MPa下，以n（H₂）：n（CO₂）=3：1的投料比例將反應(yīng)物放入反應(yīng)器中，發(fā)生反應(yīng)：2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H，保持壓強不變，不同溫度下，平衡時的四種氣態(tài)物質(zhì)的量如圖2所示：
①曲線Ⅱ表示的物質(zhì)為H₂O（填化學(xué)式），該反應(yīng)的△H＜（填“＞”或“＜”）0．
②A、B兩點對應(yīng)的反應(yīng)的反應(yīng)速率v（A）、v（B）的大小關(guān)系為v（A）＜v（B）．B、C兩點對應(yīng)溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K（B）＜（填“＞”“＜”或“=”）K（C）
③為提高CO₂平衡轉(zhuǎn)化率，除改變溫度外，還可以采取的措施是增大壓強．（列舉一種）

Answer 1

分析 （1）①lmolFe₃O₄含有2mol三價鐵和1mol二價鐵；
②FeO還原二氧化碳得到四氧化三鐵和C；
（2）已知：
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-802.3kJ•mol^-1①
CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H₂=-41.0kJ•mol^-1②
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ•mol^-1③
由蓋斯定律：①+2×②-2×③得到CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g），據(jù)此計算；
（3）①IV表示氫氣，則III表示二氧化碳，另外兩條表示C₂H₄和水，根據(jù)C₂H₄與水的計量數(shù)判斷；升高溫度，氫氣的物質(zhì)的量增大，平衡逆移；
②溫度越高反應(yīng)速率越快；B點溫度大于C點，升高溫度平衡逆移；
③提高CO₂平衡轉(zhuǎn)化率，則平衡正移，根據(jù)影響平衡的因素分析．

解答 解：（1）①lmolFe₃O₄含有2mol三價鐵和1mol二價鐵，反應(yīng)為Fe全部為+2價，則lmolFe₃O₄得到2mol電子，故答案為：2mol；
②FeO還原二氧化碳得到四氧化三鐵和C，則其反應(yīng)方程式為：6FeO+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$C+2Fe₃O₄，故答案為：6FeO+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$C+2Fe₃O₄；
（2）已知：
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-802.3kJ•mol^-1①
CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H₂=-41.0kJ•mol^-1②
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ•mol^-1③
由蓋斯定律：①+2×②-2×③得到CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g），△H=（-802.3）+2×（-41.0）-2×（-566.0）=+247.7kJ/mol；
故答案為：+247.7；
（3）①IV表示氫氣，則III表示二氧化碳，另外兩條表示C₂H₄和水，已知方程中C₂H₄的計量數(shù)比水的計量數(shù)小，則水的變化較快，所以II變化快，表示水；升高溫度，氫氣的物質(zhì)的量增大，平衡逆移，說明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0；
故答案為：H₂O；＜；
②溫度越高反應(yīng)速率越快，B點的溫度大于A點的溫度，所以v（A）＜v（B）；B點溫度大于C點，升高溫度平衡逆移，則溫度越高，K越小，所以B點的K小于C點；
故答案為：v（A）＜v（B）；＜；
③提高CO₂平衡轉(zhuǎn)化率，則平衡正移，已知該反應(yīng)正方向為體積減小的反應(yīng)，所以增大壓強平衡正移，能提高CO₂平衡轉(zhuǎn)化率，故答案為：提高CO₂平衡轉(zhuǎn)化率．

點評 本題考查了氧化還原反應(yīng)、蓋斯定律的應(yīng)用、影響速率和平衡的因素、平衡常數(shù)等，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用能力和讀圖能力．