Question

“温室效应”是全球关注的环境问题之一。CO₂是目前大气中含量最高的一种温室气体，CO₂的综合利用是解决温室及能源问题的有效途径。

（1）研究表明CO₂和H₂在催化剂存在下可发生反应生成CH₃OH。己知部分反应的热化学方程式如下：

CH₃OH(g)+O₂(g) = CO₂(g)+2H₂O(1)     △H₁=akJ•mol^-1

H₂(g)+O₂(g) = H₂O(1)                 △H₂=bkJ•mol^-1

H₂O(g) = H₂O(l)                         △H₃=ckJ•mol^-1

则 CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)        △H=__________kJ•mol^-1

（2）CO₂催化加氢也能合成低碳烯烃： 2CO₂(g)+6H₂(g)C₂H₄(g)+4 H₂O (g)，不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量如图1所示，曲线b表示的物质为_______________ （写化学式）。

（3）CO₂和H₂在催化剂Cu/ZnO作用下可发生两个平行反应，分别生成CH₃OH和CO。

反应 A：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)

反应B：CO₂(g)+ H₂(g)CO(g)+H₂O(g)

控制CO₂和H₂初始投料比为1∶3时，温度对CO₂平衡转化率及甲醇和CO产率的影响如图2所示。

① 由图2可知温度升高CO的产率上升，其主要原因可能是__________________。

② 由图2可知获取CH₃OH最适宜的温度是________________，下列措施有利于提高CO₂转化为CH₃OH的平衡转化率的措施有__________________。

A.使用催化剂                     B.增大体系压强

C.增大CO₂和H₂的初始投料比      D.投料比不变和容器体积不变，增加反应物的浓度

（4）在催化剂表面通过施加电压可将溶解在水中的二氧化碳直接转化为乙醇，则生成乙醇的电极反应式为______________________________________________________。

（5）由CO₂制取C的太阳能工艺如图3所示。“热分解系统”发生的反应为：2Fe₃O₄6FeO+O₂↑ ，每分解1mol Fe₃O₄转移电子的物质的量为_____________；“重整系统”发生反应的化学方程式为_____________________________________________。

Answer

3b-a-c H2O 反应B正反应是吸热反应，温度升高平衡正向移动，CO产率升高 250℃ BD 2CO2 + 12H++12e-=C2H5OH+3H2O 2 mol 6FeO+CO22Fe3O4+C

【解析】(1)已知：①CH3OH(g)+O2(g) = CO2(g)+2H2O(1) △H1=akJ•mol-1，②H2(g)+O2(g) = H2O(1) △H2=bkJ•mol-1，③H2O(g) = H2O(l) △H3=ckJ•mol-1，根据盖斯定律，由②×3-①-③可得 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ，则△H=(bkJ•mol-1)×3-(akJ•mol-1)-(ckJ•mol-1)=(3b-a-c)kJ•mol-1；

(2)随着温度升高，氢气的物质的量逐渐增多，因氢气为反应物，则另一条逐渐增多的曲线为CO2，由计量数关系可知b为水，c为C2H4的变化曲线；

(3)①由图2可知 反应B正反应是吸热反应，温度升高平衡正向移动，CO产率升高；

② 由图2可知获取CH3OH产率最高对应的温度是250℃，则选择最适宜的温度是250℃；A．使用催化剂，平衡不移动，不能提高转化率，故A错误；B．增大体系压强，平衡正向移动，可增大转化率，故B正确； C．增大 CO2和H2的初始投料比，可增大氢气的转化率，二氧化碳的转化率减小，故C错误；D．投料比不变，增加反应物的浓度，衡正向移动，可增大转化率，故D正确；故答案为BD；

(4)二氧化碳直接转化为乙醇，是还原过程，发生在电解池的正极，其电极反应式为 2CO2+12H++12e-=C2H5OH+3H2O；

(5)反应2Fe3O46FeO+O2↑中O元素化合价由-2价升高到0价，由方程式可知，2molFe3O4参加反应，生成1mol氧气，转移4mol电子，则每分解lmolFe3O4转移电子的物质的量为2mol；由示意图可知，重整系统中CO2和FeO反应生成Fe3O4和C，反应的方程式为6FeO+CO22Fe3O4+C。