Question

二氧化碳的捕集、利用与封存(CCUS)是我国能源领域的一个重要战略方向，CCUS或许发展成一项重要的新兴产业。

(1)国外学者提出的由CO₂制取C的太阳能工艺如图所示：

①“热分解系统”发生的反应为2Fe₃O₄6FeO+O₂↑，每分解lmolFe₃O₄转移电子的物质的量为 ___________ 。

②“重整系统”发生反应的化学方程式为____________。

(2)二氧化碳催化加氢合成低碳烯烃是目前研究的热门课题，起始时以0.1MPa，n(H₂)：n(CO₂)=3：1的投料比充入反应器中，发生反应：2CO₂(g)+6H₂(g)⇌C₂H₄(g)+4H₂O(g)  △H，不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量如图所示：

①曲线b表示的物质为 _______ (写化学式)。

②该反应的△H ________0 (填：“>” 或“<”)。

(3)一种以铜作催化剂脱硫有如下两个过程：

①在铜的作用下完成工业尾气中SO₂的部分催化氧化，所发生反应为：2SO₂+2n Cu+(n+1)O₂+(2-2n)H₂O═2n CuSO₄+(2-2n)H₂SO₄。从环境保护的角度看，催化脱硫的意义为____；每吸收标准状况下11.2L SO₂，被SO₂还原的O₂的质量为 _____g

②利用如图所示电化学装置吸收另一部分SO₂，并完成Cu的再生。写出装置内所发生反应的离子方程式______。

Answer

2mol 6FeO+CO2 2Fe3O4+C H2O ＜ 防止酸雨的发生 8 SO2+2H2O+Cu2+4H++SO42﹣+Cu

【解析】

(1)①反应2Fe3O46FeO+O2↑中O元素化合价由-2价升高到0价，结合元素化合价以及方程式计算；

②由示意图可知，重整系统中CO2和FeO反应生成Fe3O4和C；

(2)由曲线变化可知随着温度升高，氢气的物质的量逐渐增多，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应放热；可知a为CO2的变化曲线，结合计量数关系可知b为水，c为C2H4的变化曲线；

(3)①二氧化硫是一种有毒的气体，排放到空气中可引起酸雨的发生，对环境和人类健康有害，脱硫可以防止酸雨的发生；依据二氧化硫和氧气反应方程式，找出二氧化硫和氧气量的关系；

②利用电解原理将二氧化硫转化成硫酸吸收，先写出两个电极上上发生的电极反应式，加和就可得到总的离子方程式。

(1)①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；

②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；

(2) ①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；

②由曲线变化可知随着温度升高，氢气的物质的量逐渐增多，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应放热，△H＜0；

(3)①脱硫可以减少二氧化硫的排放量，防止酸雨的发生；每吸收标准状况下11.2LSO2，被SO2还原的O2的质量为m，根据反应：

解得m=8g；

②分析图中电解装置，可知左边石墨是电解池的阳极，右边是阴极；阳极放电的物质是二氧化硫，失去电子生成硫酸根离子，电极反应式：SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+；阴极放电的物质是铜离子，得到电子被还原成单质铜，电极反应式：Cu2++2e-=Cu；将上述两电极的电极反应式相加得：SO2+2H2O+Cu2+4H++SO42﹣+Cu。