Question

【題目】二氧化碳的回收利用是環保和能源領域研究的熱點課題。

（1）新的研究表明，利用太陽能可以將CO2分解制取炭黑，其原理如右圖所示。該過程的能量轉化形式為______，在整個過程中，FeO的作用是_________。

已知：

①2Fe2O4（s）=6FeO（s）+O2（g） ΔH=akJ/mol

②C（s）+O2（g）=CO2（g） ΔH=bKJ/mol 則過程2的熱化學方程式為________。

（2）一定溫度下，在密閉容器中進行反應CO2（g）+CH4（g）2CO（g）+2H2（g） ΔH>0，下列說法正確的是________。

A.當混合氣體的平均相對分子質量不變時，反應達到平衡狀態

B.升高溫度，加快反應速率，CO2的轉化率降低

C.增大CO2的濃度，平衡向正反應方向移動，平衡常數增大

D.平衡時CO、H2的體積分數不一定相等

（3）在2L恒容密閉容器中充入2molCO2和nmolH2，在一定條件下發生反應CO2（g）+3H2（g）CH3COOH（g）+H2O（g），CO2的轉化率與溫度、投料比的關系如右圖所示。

①若從反應開始到A點需要10s，則V（H2）= _____。

②該反應的平衡常數表達式為______，若X1=3，則B點的K=___________。

③根據圖像判斷X1 ____X2（填“>”、“<”或“=”，下同），平衡常數KA ___KB。

④若在500K時，按X1投料，在恒壓下進行，達到平衡狀態，此時CO2的轉化率______75%（填“>”、“<”或“=”）

（4）美國伊利諾大學芝加哥分校（UIC）的研究團隊設計出一種突破性的新太陽能電池，能把大氣中的二氧化碳轉換成碳氫化合物（hydrocarbon）燃料，解決了現代社會的兩大挑戰：“減少大氣的碳含量”以及“有效率地制造高密度能源”。右圖是通過CO2和H2O作用制備CH3OH的原理示意圖。

①a電極的名稱_________，電極產物___________。

②b電極的電極反應為_________。

Answer 1

【答案】 太陽能轉化成化學能 催化劑 6FeO(s)+CO2(g) =2Fe3O4(s)+C(s) ΔH=(-a-b)kJ/mol AD 0.225mol/Ls K=c（CH2OH）·c（H2O）/[c（CO2）·c3（H2）] 5.3 > > > 負極 H+、O2 CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O

【解析】（1）從圖中可以看出①2Fe2O4（s）=6FeO（s）+O2（g） ΔH=akJ/mol吸收太陽能，轉化為化學能，又已知②C（s）+O2（g）=CO2（g） ΔH=bKJ/mol ，由-1×①-②得過程2的熱化學方程式為 6FeO(s)+CO2(g) =2Fe3O4(s)+C(s) ΔH=(-a-b)kJ/mol ，從過程1和2中FeO先作反應物，后作生成物，FeO起催化劑的作用；（2）A、CO2（g）+CH4（g）2CO（g）+2H2，反應物系數之和不等于生成物系數之和，只要平衡有所移動，勢必會導致分子數的變化，所以當混合氣體的平均相對分子質量一定，一定是平衡狀態，故A正確；B、升高溫度，加快反應速率，該反應是吸熱反應，平衡正向移動，CO2的轉化率升高，故B錯誤；C、增大CO2的濃度，平衡向正反應方向移動，但溫度不變，平衡常數不變，故C錯誤；D、由于不清楚該反應的開始狀態，所以平衡時CO、H2 的體積分數不一定相等，故正確。（3） ①由圖像可知，CO2的轉化率是0.75，則反應的CO2的物質的量為1.5mol，因此v(CO2)=1.5mol/(2L×10min)=0.075 mol/(L·s)，換算成v(H2)= 0.225 mol/(L·s)。

②若X1=3，則n=6,B 點時C(CH3OH)=C(H2O)=0.75mol·L－1，C(CO2)=0.25mol·L－1，C(H2)=0.75mol·L－1，用三段式進行計算可得出，K=5.3。

③根據圖像可知，在等溫時，X1 條件下CO2 的轉化率大于在X2 條件下CO2 的轉化率，說明X1>X2。隨溫度升高，CO2 的轉化率減小，平衡逆向移動，說明正反應是放熱的，B 點的溫度比A 點高，所以平衡常數KA>KB。

④在500 K 時，恒容下，隨反應的進行，壓強減小，若在恒壓下達到平衡狀態，相當于對恒容下進行加壓，平衡正向移動，此時CO2 的轉化率變大。

（4）該電池的總反應為2CO2+4H2O=2CH3OH+3O2，可以將太陽能轉變為化學能；①分析圖像，由電子轉移的方向可知，a 為負極，發生氧化反應：2H2O―4e―=O2＋4H＋ ；②b 為正極，發生還原反應：CO2+6H＋+6e－=CH3OH+H2O