Question

6．研究CO、CO₂的開發(fā)和應用對建設文明社會具有重要的意義．
（1）CO可用于煉鐵，已知：Fe₂O₃（s）+3C（s）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1
Fe₂O₃（s）+3CO（g）═2Fe（s）+3CO₂（g）△H₂=-28.5kJ•mol^-1
則C（s）+CO₂（g）═2CO（g）△H=+172.5kJ•mol^-1．
（2）電子工業(yè)中使用的一氧化碳常以甲醇為原料通過脫氫、分解兩步反應得到．
第一步：2CH₃OH（g）?HCOOCH₃（g）+2H₂（g）
第二步：HCOOCH₃（g）?CH₃OH（g）+CO（g）
該兩步反應常溫下均不能自發(fā)進行，其原因是兩反應都△S＞0，常溫下不能自發(fā)，故△H＞0．
在工業(yè)生產中，為提高CO的產率，可采取的合理措施有升高反應溫度或減小壓強（寫兩條措施）．

（3）節(jié)能減排是要控制溫室氣體CO₂的排放．
①氨水可用于吸收低濃度的CO₂．請寫出氨水吸收足量CO₂的化學方程式為：2NH₃•H₂O+CO₂=（NH₄）₂CO₃+H₂O．
②利用太陽能和缺鐵氧化物[Fe_（1-y）O]可將富集到的廉價CO₂熱解為碳和氧氣，實現(xiàn)CO₂再資源化，轉化過程如圖1所示，若生成1mol缺鐵氧化物[Fe_（1-y）O]同時生成$\frac{1-4y}{6}$mol氧氣．
③固體氧化物電解池（SOEC）用于高溫電解CO₂/H₂O，既可高效制備合成氣（CO+H₂），又可實現(xiàn)CO₂的減排，其工作原理如圖2．
在c極上反應分兩步進行：首先水電解產生氫氣，然后氫氣與CO₂反應產生CO．
寫出電極c上發(fā)生的電極反應式：H₂O+2e^-=H₂+O^2-．
若電解得到的1：1的合成氣（CO+H₂）則通入的CO₂和H₂O物質的量比值為1：2．

Answer 1

分析 （1）依據①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1
②Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1
由蓋斯定律$\frac{①}{3}$-$\frac{②}{3}$計算分析判斷；
（2）從熵變和焓變判斷反應的自發(fā)性，該反應是氣體體積增大的吸熱反應，為提高CO的產率，依據化學平衡移動原理分析判斷；
（3）①由題意吸收低濃度的CO₂，則應生成正鹽（NH₄）₂CO₃ ；
②依據圖1反應物和產物利用直平法配平化學方程式，利用已知守恒計算得到；
③水電解產生氫氣，電極反應為H₂O+2e^-═H₂+O^2-，后反應為H₂+CO₂═H₂O+CO，根據電極反應式可得電解得到1：1的合成氣（CO+H₂）通入的CO₂和H₂O物質的量之比．

解答 解：（1）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1
②Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1
由蓋斯定律$\frac{①}{3}$-$\frac{②}{3}$得到C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJmol^-1，
故答案為：+172.5；
（2）由題第一步：2CH₃OH（g）?HCOOCH₃（g）+2H₂（g）；第二步：HCOOCH₃（g）?CH₃OH（g）+CO（g），兩反應均為氣體體積增大的反應，則兩反應都△S＞0，常溫下不能自發(fā)，故△H＞0，第二步：HCOOCH₃（g）?CH₃OH（g）+CO（g）△H＞0，反應是氣體體積增大的吸熱反應，依據平衡移動原理可知提高一氧化碳產率，應使平衡正向進行，升溫，減壓實現(xiàn)，
故答案為：兩反應都△S＞0，常溫下不能自發(fā)，故△H＞0；升高反應溫度或減小壓強；
（3）①由題意吸收低濃度的CO₂，則應生成正鹽（NH₄）₂CO₃ ，化學方程式為：2NH₃•H₂O+CO₂=（NH₄）₂CO₃+H₂O；
故答案為：2NH₃•H₂O+CO₂=（NH₄）₂CO₃+H₂O；
②依據圖示得到化學方程式為：$\frac{（1-y）}{3}$Fe₃O₄=Fe_（1-y）O+xO₂，依據氧原子守恒得到x=$\frac{1-4y}{6}$，
故答案為：$\frac{1-4y}{6}$；
③水電解產生氫氣，電極反應為H₂O+2e^-═H₂+O^2-，后反應為H₂+CO₂═H₂O+CO；若要產生1：1的H₂和CO，產生CO消耗等量的H₂，故H₂和CO物質的量比為2：1，所以通入的CO₂和H₂O物質的量比值為1：2；故答案為：H₂O+2e^-=H₂+O^2-；1：2．

點評 本題考查了蓋斯定律的應用、化學平衡移動原理的應用，電解池電極反應的分析書寫，原子守恒氧化還原反應的計算應用，題目難度中等．