Question

【題目】二氧化碳的利用是我國(guó)能源領(lǐng)域的一個(gè)重要戰(zhàn)略方向，目前我國(guó)科學(xué)家在以下方面已經(jīng)取得重大成果。

（1）圖1是由CO2制取C的太陽(yáng)能工藝。已知過(guò)程1發(fā)生的反應(yīng)中=6，則FexOy的化學(xué)式為__。過(guò)程1生成1molC的反應(yīng)熱為△H1；過(guò)程2產(chǎn)生lmolO2(g)的反應(yīng)熱為△H2。則由CO2制取C的熱化學(xué)方程式為__。

（2）利用CO2合成甲醇的反應(yīng)為：CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g) ΔH=-53.7kJ·mol-1，一定條件下，將1molCO2和2.8molH2充入容積為2L的絕熱密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)。CO2的轉(zhuǎn)化率[α(CO2)]在不同催化劑作用下隨時(shí)間的變化曲線如圖2所示。過(guò)程Ⅰ的活化能__(填“＞”“＜”或“=”)過(guò)程Ⅱ的活化能，n點(diǎn)的平衡常數(shù)K=__。

（3）用二氧化碳合成低密度聚乙烯(LDPE)。以納米二氧化鈦膜為工作電極，常溫常壓電解CO2，可制得LDPE，該電極反應(yīng)可能的機(jī)理如圖3所示。

①過(guò)程Ⅰ～Ⅲ中碳元素發(fā)生__反應(yīng)(填“氧化”或“還原”)。

②請(qǐng)補(bǔ)充完整并配平CO2轉(zhuǎn)化為LDPE的電極反應(yīng)：2nCO2+___+___=+___。__

③工業(yè)上生產(chǎn)1.4×104g的LDPE，理論上需要標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2的體積是__L。

Answer 1

【答案】Fe3O4 CO2(g)=C(s)+O2(g) △H=△H1+△H2 ＜ 200 還原 2nCO2+12ne-+12nH+=+4nH2O 2.24×104

【解析】

(1)根據(jù)=6可寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式：6FeO＋CO2===FexOy＋C，根據(jù)原子守恒知x∶y＝3∶4；由蓋斯定律計(jì)算可得；

（2）反應(yīng)活化能越小，反應(yīng)速率越快；由題意可以建立三段式計(jì)算可得熱化學(xué)方程式；

（3）①由題給示意圖可知，過(guò)程Ⅰ～Ⅲ中碳元素發(fā)生如下轉(zhuǎn)化CO2→CO2－→CO→∶CH2，碳元素的化合價(jià)的變化為+4→+3→+2→-2；

②CO2轉(zhuǎn)化為LDPE時(shí)碳元素的化合價(jià)由+4降到-2價(jià)，每個(gè)碳原子得6個(gè)電子，則2n個(gè)CO2共得12n個(gè)電子；

③據(jù)2nCO2~計(jì)算可得標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2的體積。

(1)根據(jù)=6可寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式：6FeO＋CO2===FexOy＋C，根據(jù)原子守恒知x∶y＝3∶4，則FexOy的化學(xué)式為Fe3O4；由蓋斯定律可知，過(guò)程1+過(guò)程2可得CO2制取C的熱化學(xué)方程式CO2(g)=C(s)+O2(g)，則△H=△H1+△H2，故答案為：Fe3O4；CO2(g)=C(s)+O2(g) △H=△H1+△H2；

（2）反應(yīng)活化能越小，反應(yīng)速率越快，由題給示意圖可知，過(guò)程Ⅰ先達(dá)到平衡，反應(yīng)速率快于過(guò)程Ⅱ，則過(guò)程Ⅰ的活化能小于過(guò)程Ⅱ的活化能；由圖可知CO2的轉(zhuǎn)化率為80%，反應(yīng)消耗二氧化碳的濃度為0.4mol/L，由題意可以建立如下三段式：

則平衡常數(shù)K==200，故答案為：＜；200；

（3）①由題給示意圖可知，過(guò)程Ⅰ～Ⅲ中碳元素發(fā)生如下轉(zhuǎn)化CO2→CO2－→CO→∶CH2，碳元素的化合價(jià)的變化為+4→+3→+2→-2，均為碳被還原的過(guò)程，故碳元素均發(fā)生還原反應(yīng)，故答案為：還原；

②CO2轉(zhuǎn)化為LDPE時(shí)碳元素的化合價(jià)由+4降到-2價(jià)，每個(gè)碳原子得6個(gè)電子，則2n個(gè)CO2共得12n個(gè)電子，電極反應(yīng)反應(yīng)式為2nCO2+12ne-+12nH+=+4nH2O，故答案為：2nCO2+12ne-+12nH+=+4nH2O；

③生產(chǎn)1.4×104 g ，即生產(chǎn)1.4×104g，據(jù)2nCO2~，可知CO2的物質(zhì)的量為=1.0×103mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2的體積等于1.0×103mol×22.4L/mol=2.24×104L，故答案為：2.24×104。