Question

二氧化碳被认为是加剧温室效应的主要物质，资源化利用二氧化碳不仅可减少温室气体的排放，还可重新获得燃料或重要工业产品。

Ⅰ.有科学家提出可利用FeO吸收和利用CO₂，相关的热化学方程式如下：

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)在上述反应中①中，每吸收1molCO₂，就有_______molFeO被氧化。

(2)试写出C(s)与水蒸气反应生成CO₂和H₂的热化学方程式___________。

Ⅱ.一定条件下，二氧化碳转化为甲烷。向一容积为2L的恒容密闭容器中充人一定量的CO₂和H₂，在300℃时发生上述反应的反应CO₂(g)+4H₂(g) CH₄(g)+2H₂O(g) 。达到平衡时，各物质的浓度分别为CO₂ 0.2mol·L^-1、CH₄ 0.8mol·L^-1、H₂ 0.8mol·L^-1，H₂O 1.6mol·L^-1。

(3)在300℃是，将各物质按下列起始浓度(mol·L^-1)加入该反应容器中，达到平衡后，各组分浓度与上述题中描述的平衡浓度相同的是_____________。

选项	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)若保持温度不变，再向该容器内充入与起始量相等的CO₂和H₂，重新达到平衡时，CH₄的浓

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℃时，如果向该容器中加入CO₂0.8 mol·L^-1、H₂1.0 mol·L_-1、CH₄ 2.8 mol·L^-1、H₂O 2.0mol·L^-1，则该可逆反应初始速率v_正_____v_逆 (填“>” 或“<”)。

(6)若已知200℃时该反应的平衡常数K=64.8 则该反应的△H_________0(填“>”或“<”)。

Ⅲ.某高校的研究人员研究出一种方法，可实现水泥生产时CO₂零排放，其基本原理如图所示

(7)上述电解反应在温度小于900℃时进行，碳酸钙先分解为CaO和CO₂，电解质为熔融合碳酸钙，阴极的电极反应式为3CO₂+4e- =C+2CO₃^2-，则阳极的电极反应式为______________。

Answer

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

【解析】试题分析：(1)根据得失电子守恒计算每吸收1molCO2氧化的FeO的物质的量；(2)利用盖斯定律计算 C(s)与水蒸气反应生成CO2和H2的焓变；(3) CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)反应前后物质的量不同，平衡浓度相同要满足等量等效；(4)把再充入的与起始量相等的CO2和H2气体，放热一个与原容器相同的容器中，则两容器满足等量等效，再把两个容器内气体压入一个容器，相当于加压；(5)根据Q、K的关系判断反应方向；(6)根据300℃、200℃时的平衡常数，判断焓变；(7)阴极发生还原反应生成氧气；

解析：(1)根据6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s)，1molCO2参加反应得4 mol电子，Fe元素化合价由+2变为+3，根据电子守恒，每吸收1molCO2氧化的FeO的物质的量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 ，根据盖斯定律②×2－①得C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) △H= +38.6KJ·mol-1；(3)根据 CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)，达到平衡时各物质的浓度分别为CO2 0.2mol·L-1、CH4 0.8mol·L-1、H2 0.8mol·L-1，H2O 1.6mol·L-1，则开始投入的CO2 1mol·L-1、H2 4mol·L-1， CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)反应前后物质的量不同，该反应满足等量等效，实验A相当于投入CO2 1mol·L-1、H2 4mol·L-1；实验B相当于投入CO2 2mol·L-1、H2 8mol·L-1；实验C相当于投入CO2 2mol·L-1、H2 8mol·L-1；实验D相当于投入CO2 1mol·L-1、H2 4mol·L-1；所以各组分浓度与上述题中描述的平衡浓度相同的是AD；(4)把再充入的与起始量相等的CO2和H2气体，放热一个与原容器相同的容器中，则两容器满足等量等效，CH4 的浓度都是0.8mol·L-1，再把两个容器内气体压入一个容器，相当于加压，CH4 的浓度都大于1.6mol·L-1；(5) 在300℃时达到平衡，各物质的浓度分别为CO2 0.2mol·L-1、CH4 0.8mol·L-1、H2 0.8mol·L-1，H2O 1.6mol·L-1，则 ；在300℃时，如果向该容器中加入CO2 0.8 mol·L-1、H2 1.0 mol·L-1、CH4 2.8 mol·L-1、H2O 2.0mol·L-1 ， ，所以反应正向进行，v正>v逆；(6) 300℃的平衡常数小于200℃时的平衡常数，所以△H<0；(7)阴极发生还原反应生成氧气，电极反应为2CO32—4e-=2CO2↑+O2↑；

点睛：对于反应前后气体分子数不同的反应，投料完全相同为等效平衡；对于反应前后气体分子数相同的反应，投料比相同为等效平衡；