Question

17．綜合利用CO₂、CO對(duì)構(gòu)建低碳社會(huì)有重要意義．
（1）Li₄SiO₄可用于富集得到高濃度CO₂．原理是：在500℃，低濃度CO₂與Li₄SiO₄接觸后生成兩種鋰鹽；平衡后加熱至700℃，反應(yīng)逆向進(jìn)行，放出高濃度CO₂，Li₄SiO₄再生．700℃時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式為L(zhǎng)i₂CO₃+Li₂SiO₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$CO₂+Li₄SiO₄．
（2）固體氧化物電解池（SOEC）用于高溫共電解CO₂/H₂O，既可高效制備合成氣（CO+H₂），又可實(shí)現(xiàn)CO₂的減排，其工作原理如圖1．
①b為電源的正極（填“正極”或“負(fù)極”）．
②寫(xiě)出電極c發(fā)生的電極反應(yīng)式：CO₂+2e^-═CO+O^2-、H₂O+2e^-═H₂+O^2-．

（3）電解生成的合成氣在催化劑作用下發(fā)生如下反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．對(duì)此反應(yīng)進(jìn)行如下研究：某溫度下在一恒壓容器中分別充入1.2mol CO和1mol H₂，達(dá)到平衡時(shí)容器體積為2L，且含有0.4mol CH₃OH（g），則該反應(yīng)平衡常數(shù)值為50，此時(shí)向容器中再通入0.35mol CO氣體，則此平衡將向逆反應(yīng)方向（填“向正反應(yīng)方向”“不”或“向逆反應(yīng)方向”）移動(dòng)．
（4）已知：

若甲醇的燃燒熱為△H₃，試用△H₁、△H₂、△H₃表示CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l）的△H，則△H=△H=2△H₁-△H₂-△H₃．
（5）利用太陽(yáng)能和缺鐵氧化物可將廉價(jià)CO₂熱解為碳和氧氣，實(shí)現(xiàn)CO₂再資源化，轉(zhuǎn)化過(guò)程如圖2所示，若用1mol缺鐵氧化物與足量CO₂完全反應(yīng)可生成0.1mol C（碳）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題干信息，反應(yīng)物為CO₂與Li₄SiO₄，生成物有Li₂CO₃，根據(jù)質(zhì)量守恒進(jìn)行解答；
（2）二氧化碳、水分別在a極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成一氧化碳、氫氣，同時(shí)生成氧離子；電極b氧離子失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣；
（3）根據(jù)平衡常數(shù)的計(jì)算公式計(jì)算，恒溫恒壓下，體積之比等于物質(zhì)的量之比，據(jù)此計(jì)算加入0.35molCO時(shí)容器的體積，計(jì)算此時(shí)濃度商，與平衡常數(shù)相比判斷反應(yīng)進(jìn)行方向；
（4）由圖反應(yīng)Ⅰ可知H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l），△H₁；由反應(yīng)Ⅱ可知：CO₂（g）=CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g），△H₂；若甲醇的燃燒熱為△H₃，所以CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=2H₂O（l）+CO₂（g），△H₃運(yùn)用蓋斯定律計(jì)算焓變；
（5）依據(jù)反應(yīng)物和產(chǎn)物利用直平法配平化學(xué)方程式，利用碳元素守恒計(jì)算得到．

解答 解：（1）在500℃，CO₂與Li₄SiO₄接觸后生成Li₂CO₃，反應(yīng)物為CO₂與Li₄SiO₄，生成物有Li₂CO₃，根據(jù)質(zhì)量守恒可知產(chǎn)物還有Li₂SiO₃，所以700℃時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Li₂CO₃+Li₂SiO₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$CO₂+Li₄SiO₄，故答案為：Li₂CO₃+Li₂SiO₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$CO₂+Li₄SiO₄；
（2）①CO₂+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{高溫}$CO+H₂+O₂，二氧化碳中的碳元素化合價(jià)降低，被還原，水中的氫元素化合價(jià)降低被還原，反應(yīng)物中的氧元素化合價(jià)升高，被氧化，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣，所以電極d為陽(yáng)極，所以b為電源的正極，故答案為：正極；
②二氧化碳在a極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成一氧化碳同時(shí)生成氧離子，反應(yīng)電極反應(yīng)式為：CO₂+2e^-═CO+O^2-，水中的氫元素化合價(jià)降低被還原，電極反應(yīng)式為：H₂O
+2e^-=H₂+O^2-，故答案為：CO₂+2e^-═CO+O^2-；H₂O+2e^-=H₂+O^2-；
（3）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始：1.2mol 1mol       0
轉(zhuǎn)化：0.4mol 0.8mol   0.4mol
平衡：0.8mol 0.2mol   0.4mol
所以：k=$\frac{0.2mol/L}{0.4mol/L×（0.1mol/L）^{2}}$=50（mol/L）^-2，此時(shí)向容器中再通入0.35molCO氣體，假設(shè)平衡不移動(dòng)時(shí)，此時(shí)容器體積為：2L×$\frac{（0.35+0.8+0.2+0.4）mol}{（0.8+0.2+0.4）mol}$=2.5L，則濃度商Qc=$\frac{\frac{0.4}{2.5}}{\frac{1.15}{2.5}×（\frac{0.2}{2.5}）^{2}}$=54.3，大于平衡常數(shù)50，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，
故答案為：50；逆反應(yīng)方向；
（4）由圖反應(yīng)Ⅰ可知H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l），△H₁；由反應(yīng)Ⅱ可知：CO₂（g）=CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g），△H₂；若甲醇的燃燒熱為△H₃，所以CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=2H₂O（l）+CO₂（g），△H₃；所以蓋斯定律，目標(biāo)反應(yīng)為：△H=2△H₁-△H₂-△H₃，故答案為：：△H=2△H₁-△H₂-△H₃；
（5）依據(jù)圖示得到化學(xué)方程式為：Fe_0.9O+0.1CO₂=xC+$\frac{0.9}{3}$Fe₃O₄，依據(jù)碳原子守恒得到x=0.1．
故答案為：0.1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計(jì)算和應(yīng)用，電解池電極反應(yīng)的分析書(shū)寫(xiě)，化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算，原子守恒氧化還原反應(yīng)的計(jì)算應(yīng)用，題目難度中等．