Question

【題目】二氧化碳被認(rèn)為是加劇溫室效應(yīng)的主要物質(zhì)，資源化利用二氧化碳不僅可減少溫室氣體的排放，還可重新獲得燃料或重要工業(yè)產(chǎn)品。

Ⅰ.有科學(xué)家提出可利用FeO吸收和利用CO2，相關(guān)的熱化學(xué)方程式如下：

6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s) ， ΔH=-76.0 kJ·mol-1

②3FeO(s)+H2O(g)= Fe3O4(s)+H2(g) ΔH=-18.7 kJ·mol-1

(1)在上述反應(yīng)中①中，每吸收1molCO2，就有_______molFeO被氧化。

(2)試寫出C(s)與水蒸氣反應(yīng)生成CO2和H2的熱化學(xué)方程式___________。

Ⅱ.一定條件下，二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷。向一容積為2L的恒容密閉容器中充人一定量的CO2和H2，在300℃時(shí)發(fā)生上述反應(yīng)的反應(yīng)CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) 。達(dá)到平衡時(shí)，各物質(zhì)的濃度分別為CO2 0.2mol·L-1、CH4 0.8mol·L-1、H2 0.8mol·L-1，H2O 1.6mol·L-1。

(3)在300℃是，將各物質(zhì)按下列起始濃度(mol·L-1)加入該反應(yīng)容器中，達(dá)到平衡后，各組分濃度與上述題中描述的平衡濃度相同的是_____________。

選項(xiàng)	CO	H2	CH4	H2O
A	0	0	1	2
B	2	8	0	0
C	1	4	1	.2
D	0.5	2	0.5	1

(4)若保持溫度不變，再向該容器內(nèi)充入與起始量相等的CO2和H2，重新達(dá)到平衡時(shí)，CH4的濃

度________(填字母)。

A.c(CH4)=0.8mol·L-1 B.0.8mol L-1 >c(CH4) >1.6mol L-1

C.c(CH4)=l.6mol·L-1 D.C(CH4)>1.6mol L-1

(5)在300時(shí)，如果向該容器中加入CO20.8 mol·L-1、H21.0 mol·L-1、CH4 2.8 mol·L-1、H2O 2.0mol·L-1，則該可逆反應(yīng)初始速率v正_____v逆 (填“>” 或“<”)。

(6)若已知200℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64.8 則該反應(yīng)的△H_________0(填“>”或“<”)。

Ⅲ.某高校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，其基本原理如圖所示

(7)上述電解反應(yīng)在溫度小于900℃時(shí)進(jìn)行，碳酸鈣先分解為CaO和CO2，電解質(zhì)為熔融合碳酸鈣，陰極的電極反應(yīng)式為3CO2+4e- =C+2CO32-，則陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為______________。

Answer 1

【答案】 4 C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) △H= +38.6KJ·mol-1 AD D > < 2CO32—4e-=2CO2↑+O2↑

【解析】試題分析：(1)根據(jù)得失電子守恒計(jì)算每吸收1molCO2氧化的FeO的物質(zhì)的量；(2)利用蓋斯定律計(jì)算 C(s)與水蒸氣反應(yīng)生成CO2和H2的焓變；(3) CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)反應(yīng)前后物質(zhì)的量不同，平衡濃度相同要滿足等量等效；(4)把再充入的與起始量相等的CO2和H2氣體，放熱一個(gè)與原容器相同的容器中，則兩容器滿足等量等效，再把兩個(gè)容器內(nèi)氣體壓入一個(gè)容器，相當(dāng)于加壓；(5)根據(jù)Q、K的關(guān)系判斷反應(yīng)方向；(6)根據(jù)300℃、200℃時(shí)的平衡常數(shù)，判斷焓變；(7)陰極發(fā)生還原反應(yīng)生成氧氣；

解析：(1)根據(jù)6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s)，1molCO2參加反應(yīng)得4 mol電子，Fe元素化合價(jià)由+2變?yōu)?3，根據(jù)電子守恒，每吸收1molCO2氧化的FeO的物質(zhì)的量4mol；(2) ①6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s) ， ΔH=-76.0 kJ·mol-1

②3FeO(s)+H2O(g)= Fe3O4(s)+H2(g) ΔH=-18.7 kJ·mol-1 ，根據(jù)蓋斯定律②×2－①得C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) △H= +38.6KJ·mol-1；(3)根據(jù) CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)，達(dá)到平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度分別為CO2 0.2mol·L-1、CH4 0.8mol·L-1、H2 0.8mol·L-1，H2O 1.6mol·L-1，則開始投入的CO2 1mol·L-1、H2 4mol·L-1， CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)反應(yīng)前后物質(zhì)的量不同，該反應(yīng)滿足等量等效，實(shí)驗(yàn)A相當(dāng)于投入CO2 1mol·L-1、H2 4mol·L-1；實(shí)驗(yàn)B相當(dāng)于投入CO2 2mol·L-1、H2 8mol·L-1；實(shí)驗(yàn)C相當(dāng)于投入CO2 2mol·L-1、H2 8mol·L-1；實(shí)驗(yàn)D相當(dāng)于投入CO2 1mol·L-1、H2 4mol·L-1；所以各組分濃度與上述題中描述的平衡濃度相同的是AD；(4)把再充入的與起始量相等的CO2和H2氣體，放熱一個(gè)與原容器相同的容器中，則兩容器滿足等量等效，CH4 的濃度都是0.8mol·L-1，再把兩個(gè)容器內(nèi)氣體壓入一個(gè)容器，相當(dāng)于加壓，CH4 的濃度都大于1.6mol·L-1；(5) 在300℃時(shí)達(dá)到平衡，各物質(zhì)的濃度分別為CO2 0.2mol·L-1、CH4 0.8mol·L-1、H2 0.8mol·L-1，H2O 1.6mol·L-1，則 ；在300℃時(shí)，如果向該容器中加入CO2 0.8 mol·L-1、H2 1.0 mol·L-1、CH4 2.8 mol·L-1、H2O 2.0mol·L-1 ， ，所以反應(yīng)正向進(jìn)行，v正>v逆；(6) 300℃的平衡常數(shù)小于200℃時(shí)的平衡常數(shù)，所以△H<0；(7)陰極發(fā)生還原反應(yīng)生成氧氣，電極反應(yīng)為2CO32—4e-=2CO2↑+O2↑；