Question

【題目】研究和開發CO、CO2的應用對構建人類的生態文明建設有重要的意義。

（1）CO可用于煉鐵，已知：Fe2O3(s) + 3C(s)＝2Fe(s) + 3CO(g) ΔH 1＝+489.0 kJ·mol-1

C(s) + CO2(g)＝2CO(g) ΔH 2 ＝+172.5 kJ·mol-1。則CO還原Fe2O3(s)的熱化學方程式為__________。

（2）電子工業中使用的一氧化碳常以甲醇為原料CH3OH＝CO + 2H2，該反應是經歷脫氫、分解兩步反應實現的。

ⅰ（脫氫）：2CH3OH HCOOCH3 + 2H2

ⅱ（分解）： ……

①ⅰ（脫氫）反應的機理可以用下圖表示：圖中中間產物X的結構簡式為________。

②寫出ⅱ（分解）反應的化學方程式____________。

（3）科學家們積極探討控制溫室氣體CO2的排放，減緩全球變暖措施和方法。

①Li4SiO4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℃，反應逆向進行，放出高濃度CO2，Li4SiO4再生。請寫出700℃時反應的化學方程式為：____________。

②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CO2的減排，其工作原理如圖。寫出電極c上發生的電極反應式：_________、_________。

（4）催化劑可以將CO2和CH4直接轉化成乙酸。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率的關系如圖。

在250-300℃過程中影響速率的主要因素是___________；在300-400℃過程中影響速率的主要因素是___________。

Answer 1

【答案】 Fe2O3(s)+3CO(g)＝2Fe(s)+3CO2(g) △H ＝-28.5 kJ·mol-1 HCHO HCOOCH3 CH3OH + CO Li2CO3＋Li2SiO3CO2↑＋Li4SiO4 CO2＋2e-===CO＋O2- H2O＋2e-===H2＋O2- 催化劑 溫度

【解析】分析:（1）①Fe2O3（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H1=+489.0kJmol-1，
②C（石墨）+CO2（g）=2CO（g）△H2=+172.5kJmol-1，由蓋斯定律①-②×3得到熱化學方程式；
（2）①根據分解反應過程和反應機理圖示分析判斷，中間產物為甲醛；②反應為分解反應，根據分解反應過程來判斷；

（3）①根據題干信息，反應物為CO2與Li4SiO4，生成物有Li2CO3，根據質量守恒進行解答；②二氧化碳在a極得到電子發生還原反應生成一氧化碳同時生成氧離子，反應電極反應式為：CO2+2e-═CO+O2-，水中的氫元素化合價降低被還原，電極反應式為：H2O+2e-=H2+O2-；
（4）在250-300℃過程中，催化效率的降低，導致反應速率也降低，催化劑是影響速率的主要因素；而在300-400℃時，催化效率低且變化程度較小，但反應速率增加較明顯，故溫度是影響速率的主要因素。

詳解：（1）①Fe2O3（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H1=+489.0kJmol-1
②C（石墨）+CO2（g）=2CO（g）△H2=+172.5kJmol-1
由蓋斯定律①-②×3得到Fe2O3(s)+3CO(g)＝2Fe(s)+3CO2(g) △H ＝-28.5 kJ·mol-1，
因此，本題正確答案是：Fe2O3(s)+3CO(g)＝2Fe(s)+3CO2(g) △H ＝-28.5 kJ·mol-1；
（2）①根據圖示和分解反應過程，結合原子守恒分析，甲醇去氫后得到的是甲醛，因此，本題正確答案是：HCHO；
②第二步為分解反應，甲酸甲酯分解得到甲醇和一氧化碳，化學方程式為：HCOOCH3 CH3OH + CO，因此，本題正確答案是：HCOOCH3 CH3OH + CO；

（3）①在500℃，CO2與Li4SiO4接觸后生成Li2CO3，反應物為CO2與Li4SiO4，生成物有Li2CO3，根據質量守恒可以知道產物還有Li2SiO3，所以700℃時反應的化學方程式為：Li2CO3＋Li2SiO3CO2↑＋Li4SiO4，因此，本題正確答案是：Li2CO3＋Li2SiO3CO2↑＋Li4SiO4；
②二氧化碳在a極得到電子發生還原反應生成一氧化碳同時生成氧離子，反應電極反應式為：CO2+2e-═CO+O2-，水中的氫元素化合價降低被還原，電極反應式為：H2O+2e-=H2+O2-，因此，本題正確答案是：CO2+2e-═CO+O2-；H2O+2e-=H2+O2-；
（4）在250-300℃過程中，催化劑是影響速率的主要因素；而在300-400℃時，催化效率低且變化程度較小，但反應速率增加較明顯，因此該過程中溫度是影響速率的主要因素，溫度越高，反應速率越大．因此，本題正確答案是：催化劑 ； 溫度。