Question

【題目】有效控制大氣溫室氣體濃度，推動綠色低碳發(fā)展，是人類可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略之一，因此捕集、利用CO2始終是科學研究的熱點。

（1）新的研究表明，可以將CO2轉化為炭黑回收利用，反應原理如圖所示。

①碳在元素周期表中的位置是_______________。

②整個過程中FeO的作用是__________________。

③寫出CO2轉化為炭黑的總反應化學方程式__________________。

（2）我國科學家用Fe3(CO)12/ZSM-5催化CO2加氫合成低碳烯烴反應，所得產物含CH4、C3H6、C4H8等副產物，反應過程如圖。

催化劑中添加Na、K、Cu助劑后（助劑也起催化作用）可改變反應的選擇性，在其他條件相同時，添加不同助劑，經過相同時間后測得CO2轉化率和各產物的物質的量分數(shù)如下表。

①欲提高單位時間內乙烯的產量，在Fe3(CO)12/ZSM-5中添加____________助劑效果最好；

②加入助劑能提高單位時間內乙烯產量的根本原因是____________。

（3）電解法轉化CO2可實現(xiàn)CO2資源化利用。電解CO2制HCOOH的原理如右圖所示。

①寫出陰極CO2還原為HCOO的電極反應式：________________________。

②電解一段時間后，陽極區(qū)的KHCO3溶液濃度降低，其原因是_____________________。

Answer 1

【答案】第二周期第ⅣA族 催化劑 CO2 C+O2 K 降低生成乙烯的反應所需要的活化能，加快乙烯生成速率，而對其他副反應幾乎無影響 CO2+HCO3+2e=HCOO +CO32-或CO2+H++2e=HCOO 陽極產生O2，pH減小，濃度降低，K+部分遷移至陰極區(qū)

【解析】

（1）①碳在元素周期表中的位置為第二周期第ⅣA族。

②由反應原理圖可知，過程Ⅰ中FeO是反應物，過程Ⅱ中FeO是生成物。

③CO2轉化為炭黑的總反應方程式是二氧化碳在催化劑作用下生成氧氣和碳。

（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，Na的其他副反應占比大，Cu的CO2轉化率低，兼顧乙烯的產率、CO2轉化率和對副反應的影響，選擇添加K助劑效果最好，不僅能提高單位時間內乙烯產量，并且其他副反應占比少。

②加入助劑能降低生成乙烯的反應所需要的活化能，加快乙烯生成速率，而對其他副反應幾乎無影響。

（3）①陰極發(fā)生還原反應，CO2得電子生成HCOO-。

②陽極區(qū)OH-失電子產生O2，溶液pH減小，HCO3濃度降低，溶液中的陽離子向陰極移動，K+部分遷移到陰極區(qū)。

（1）①碳在元素周期表中的位置為第二周期第ⅣA族，故答案為：第二周期第ⅣA族。

②由反應原理圖可知，過程Ⅰ中FeO是反應物，過程Ⅱ中FeO是生成物，整個過程中FeO作催化劑，故答案為：催化劑。

③CO2轉化為炭黑的總反應方程式是二氧化碳在催化劑作用下生成氧氣和碳，化學反應方程式：CO2 C+O2，故答案為：CO2 C+O2。

（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，Na的其他副反應占比大，Cu的CO2轉化率低，兼顧乙烯的產率、CO2轉化率和對副反應的影響，選擇添加K助劑效果最好，不僅能提高單位時間內乙烯產量，并且其他副反應占比少，故答案為：K。

②加入助劑能提高單位時間內乙烯產量的根本原因是降低生成乙烯的反應所需要的活化能，加快乙烯生成速率，而對其他副反應幾乎無影響，故答案為：降低生成乙烯的反應所需要的活化能，加快乙烯生成速率，而對其他副反應幾乎無影響。

（3）①陰極發(fā)生還原反應，CO2得電子生成HCOO-，陰極的電極反應式為：

CO2+HCO3+2e=HCOO+CO32-或CO2+H++2e=HCOO，故答案為：CO2+HCO3+2e=HCOO+CO32-或CO2+H++2e=HCOO。

②電解一段時間后，陽極區(qū)的KHCO3溶液濃度降低，是由于電解質溶液中OH-在陽極失電子產生O2，溶液pH減小，HCO3濃度降低，溶液中的陽離子向陰極移動，K+部分遷移到陰極區(qū)，故答案為：陽極產生O2，pH減小，濃度降低，K+部分遷移至陰極區(qū)。