Question

(15分)資源化利用CO2不僅可以減少溫室氣體的排放，還可以重新獲得燃料或重要工業(yè)產(chǎn)品。

（1）有科學(xué)家提出可利用FeO吸收和利用CO2，相關(guān)熱化學(xué)方程式為：6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s) △H＝-76.0kJ/mol，該反應(yīng)中每生成1mol Fe3O4，轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為 。

（2）在一定條件下，二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷的反應(yīng)為：CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) △H<0

①向一容積為2L的恒容密閉容器中充入一定量的CO2和H2，在300℃時(shí)發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度分別為CO2 0.2mol/L, H2 0.8 mol/L, CH4 0.8 mol/L, H2O 1.6 mol/L。起始充入CO2和H2的物質(zhì)的量分別為 、 。CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為 。

②現(xiàn)有兩個(gè)相同的恒容絕熱（與外界沒(méi)有熱量交換）密閉容器Ⅰ、Ⅱ，在Ⅰ中充入1mol CO2和4molH2，在Ⅱ中充入1mol CH4和2molH2O(g)，300℃開(kāi)始反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)，下列說(shuō)法正確的是（ ）（填字母）。

A、容器Ⅰ、Ⅱ中正反應(yīng)速率相同

B、容器Ⅰ、Ⅱ中反應(yīng)的平衡常數(shù)相同

C、容器Ⅰ中CO2的物質(zhì)的量比容器Ⅱ中的多

D、容器Ⅰ中CO2的轉(zhuǎn)化率與容器Ⅱ中CH4的轉(zhuǎn)化率之和小于1

（3）華盛頓大學(xué)的研究人員研究出一種方法，可實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)時(shí)CO2零排放，其基本原理如下圖所示：

①上述生產(chǎn)過(guò)程的能量轉(zhuǎn)化方式是 、 。

②上述電解反應(yīng)在溫度小于900℃時(shí)進(jìn)行，碳酸鈣分解為CaO和CO2，電解質(zhì)為熔融碳酸鈉，則陽(yáng)極電極反應(yīng)式為 ，陰極電極反應(yīng)式為 。

Answer 1

（15分）（1）2NA （2）①2mol ，8mol ，80℅ ②CD

（3）①太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能（1分），電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 ②2CO32--4e-=2CO2↑+O2↑(2分)，3CO2+4e-=C+2CO32-

【解析】

試題分析：（1）①由6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s)知，反應(yīng)方程式FeO中鐵元素化合價(jià)+2升至Fe3O4中+8/3，CO2由+4降至C中碳元素的0價(jià)，每生成1molC轉(zhuǎn)移電子4mol，生成Fe3O4 2mol ，則生成1 mol Fe3O4轉(zhuǎn)移電子2mol, 轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為2NA；

（2）①2 L的恒容密閉容器中反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度分別為CO2 0.2mol/L, H2 0.8 mol/L, CH4 0.8 mol/L, H2O 1.6 mol/L，CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) △H<0

起始濃度（mol/L） 1 4 0 0

變化濃度（mol/L） 0.8 3.2 0.8 1.6

平衡濃度（mol/L） 0.2 0.8 0.8 1.6

容器的體積為2L, 起始充入CO2和H2的物質(zhì)的量分別為1×2=2mol、4×2=8mol

CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為(0.8/1)×100%=80℅; ②A.兩個(gè)容器中平衡建立的途徑不相同，無(wú)法比較反應(yīng)速率，A錯(cuò)誤；B.ⅠⅡ兩個(gè)容器恒容絕熱，反應(yīng)物的量不同，反應(yīng)的熱效應(yīng)不同，所以平衡常數(shù)不同，B錯(cuò)誤；C.容器Ⅱ中所到達(dá)的平衡狀態(tài)，相當(dāng)于在容器Ⅰ中的基礎(chǔ)上降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，所以容器Ⅰ中CO的物質(zhì)的量比容器Ⅱ中的多，C正確；D.如果溫度相同，容器Ⅰ中CO的轉(zhuǎn)化率與容器Ⅱ中CO2的轉(zhuǎn)化率之和等于1，因?yàn)槿萜鹘^熱，容器Ⅱ中所到達(dá)的平衡狀態(tài)，相當(dāng)于在容器Ⅰ中的基礎(chǔ)上降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率比兩容器相同溫度時(shí)容器Ⅱ中CO2的轉(zhuǎn)化率低，所以容器Ⅰ中CO2的轉(zhuǎn)化率與容器Ⅱ中CH4的轉(zhuǎn)化率之和小于1，D正確；選CD。

（3）①由圖知，是用吸收的太陽(yáng)能和電源電能進(jìn)行反應(yīng)能量的來(lái)源，太陽(yáng)能和電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；②電解反應(yīng)中陽(yáng)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，由圖知反應(yīng)產(chǎn)物為O2，電解質(zhì)為熔融碳酸鈉，陽(yáng)極電極反應(yīng)式：2CO32--4e－=2CO2↑＋O2↑，陰極電極反應(yīng)式為3CO2+4e-=C+2CO32-，答案為①太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能（1分），電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 ②2CO32--4e-=2CO2↑+O2↑(2分)，3CO2+4e-=C+2CO32-

考點(diǎn)：考查氧化還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的計(jì)算，可逆反應(yīng)的計(jì)算，化學(xué)平衡的建立與等效平衡的關(guān)系，電解原理。