Question

【題目】中國政府承諾，到2020年，單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%-50%。減少CO2 排放是一項(xiàng)重要課題。

（1）以CO2為原料抽取碳(C)的太陽能工藝如右圖所示。

①過程1中每生成1mol FeO轉(zhuǎn)移電子數(shù)為____________。

②過程2中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________。

（2）CO2在新型鈷基電催化劑作用下，轉(zhuǎn)化為清潔燃料——甲酸。其工作原理如下圖所示，寫出生成甲酸的電極反應(yīng)式：____________。

（3）航天員呼吸產(chǎn)生的CO2用下列反應(yīng)處理，可實(shí)現(xiàn)空間站中O2的循環(huán)利用。

Sabatier反應(yīng)：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)

水電解反應(yīng)：2H2O(l)2H2(g)+O2(g)

將原料氣按n(CO2)∶n(H2)=1∶4 置于密閉容器中發(fā)生Sabatier反應(yīng)，測(cè)得H2O(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如下圖所示(虛線表示平衡曲線)。

①溫度過高或過低均不利于該反應(yīng)的進(jìn)行，原因是____________________________________。

②200℃達(dá)到平衡時(shí)體系的總壓強(qiáng)為p，該反應(yīng)平衡常數(shù)的計(jì)算式為________________（不必化簡，用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）

（4）一種新的循環(huán)利用方案是用Bosch反應(yīng)CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g)代替Sabatier反應(yīng)。

①已知CO2(g)、H2O(g)的生成焓分別為-394 kJ·mo1-l、-242 kJ·mo1-l，Bosch反應(yīng)的ΔH=__________ kJ·mo1-l。（生成焓指一定條件下由對(duì)應(yīng)單質(zhì)生成1mol 化合物時(shí)的反應(yīng)熱）

②一定條件下Bosch反應(yīng)必須在高溫下才能啟動(dòng)，原因是______________________________。

③新方案的優(yōu)點(diǎn)是_________________________。

Answer 1

【答案】 2/3NA 6FeO+CO2C+2Fe3O4 CO2+2e-+H2O==HCOOH+O2- 溫度過低，反應(yīng)速率小；溫度過高，反應(yīng)向右進(jìn)行的程度小 -90 反應(yīng)的活化能高 氫原子利用率為100%

【解析】（1）①根據(jù)圖知，Fe3O4在大于2300K時(shí)分解為FeO與O2，反應(yīng)方程式為2Fe3O4=6FeO+O2↑，每生成6molFeO轉(zhuǎn)移4mol電子，過程1中每生成1mol FeO轉(zhuǎn)移電子數(shù)為 2/3 NA；②過程2中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為6FeO+CO2C+2Fe3O4。（2）CO2在新型鈷基電催化劑作用下，二氧化碳得電子，生成甲酸的電極反應(yīng)式：CO2+2e-+H2O==HCOOH+O2-。（3）①溫度過高或過低均不利于該反應(yīng)的進(jìn)行，原因是溫度過低，反應(yīng)速率小；溫度過高，反應(yīng)向右進(jìn)行的程度小。②200℃達(dá)到平衡時(shí)體系的總壓強(qiáng)為p，設(shè)開始時(shí)n（CO2）為1mol、n（H2）=4mol，設(shè)參加反應(yīng)的n（CO2）為xmol，

該反應(yīng)方程式CO2（g）+4H2（g）CH4（g）+2H2O（g）

開始（mol） 1 4 0 0

反應(yīng)（mol） x 4x x 2x

平衡（mol） 1-x 4-4x x 2x

水蒸氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)= =0.6，x=15/16

P（CO2）=、P（H2）= 、P（CH4）= 、P（H2O）= ，壓強(qiáng)平衡常數(shù)K= = （4）①Bosch反應(yīng)的△H=2（-242 kJ·mo1-l）-（-394 kJ·mo1-l）=-90 kJ·mo1-l；②斷裂二氧化碳和氫氣所需的能量較高，所以該反應(yīng)所需的活化能較高，則一定條件下Bosch反應(yīng)必須在高溫下才能啟動(dòng)；③該反應(yīng)中氫元素完全轉(zhuǎn)化為水，氫原子利用率為100%。