Question

【題目】有效控制大氣溫室氣體濃度，推動(dòng)綠色低碳發(fā)展，是人類可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略之一，因此捕集、利用CO2始終是科學(xué)研究的熱點(diǎn)。

（1）新的研究表明，可以將CO2轉(zhuǎn)化為炭黑回收利用，反應(yīng)原理如圖所示。

①碳在元素周期表中的位置是_______________。

②整個(gè)過程中FeO的作用是__________________。

③寫出CO2轉(zhuǎn)化為炭黑的總反應(yīng)化學(xué)方程式__________________。

（2）我國(guó)科學(xué)家用Fe3(CO)12/ZSM-5催化CO2加氫合成低碳烯烴反應(yīng)，所得產(chǎn)物含CH4、C3H6、C4H8等副產(chǎn)物，反應(yīng)過程如圖。

催化劑中添加Na、K、Cu助劑后（助劑也起催化作用）可改變反應(yīng)的選擇性，在其他條件相同時(shí)，添加不同助劑，經(jīng)過相同時(shí)間后測(cè)得CO2轉(zhuǎn)化率和各產(chǎn)物的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)如下表。

①欲提高單位時(shí)間內(nèi)乙烯的產(chǎn)量，在Fe3(CO)12/ZSM-5中添加____________助劑效果最好；

②加入助劑能提高單位時(shí)間內(nèi)乙烯產(chǎn)量的根本原因是____________。

（3）電解法轉(zhuǎn)化CO2可實(shí)現(xiàn)CO2資源化利用。電解CO2制HCOOH的原理如右圖所示。

①寫出陰極CO2還原為HCOO的電極反應(yīng)式：________________________。

②電解一段時(shí)間后，陽極區(qū)的KHCO3溶液濃度降低，其原因是_____________________。

Answer 1

【答案】第二周期第ⅣA族 催化劑 CO2 C+O2 K 降低生成乙烯的反應(yīng)所需要的活化能，加快乙烯生成速率，而對(duì)其他副反應(yīng)幾乎無影響 CO2+HCO3+2e=HCOO +CO32-或CO2+H++2e=HCOO 陽極產(chǎn)生O2，pH減小，濃度降低，K+部分遷移至陰極區(qū)

【解析】

（1）①碳在元素周期表中的位置為第二周期第ⅣA族。

②由反應(yīng)原理圖可知，過程Ⅰ中FeO是反應(yīng)物，過程Ⅱ中FeO是生成物。

③CO2轉(zhuǎn)化為炭黑的總反應(yīng)方程式是二氧化碳在催化劑作用下生成氧氣和碳。

（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，Na的其他副反應(yīng)占比大，Cu的CO2轉(zhuǎn)化率低，兼顧乙烯的產(chǎn)率、CO2轉(zhuǎn)化率和對(duì)副反應(yīng)的影響，選擇添加K助劑效果最好，不僅能提高單位時(shí)間內(nèi)乙烯產(chǎn)量，并且其他副反應(yīng)占比少。

②加入助劑能降低生成乙烯的反應(yīng)所需要的活化能，加快乙烯生成速率，而對(duì)其他副反應(yīng)幾乎無影響。

（3）①陰極發(fā)生還原反應(yīng)，CO2得電子生成HCOO-。

②陽極區(qū)OH-失電子產(chǎn)生O2，溶液pH減小，HCO3濃度降低，溶液中的陽離子向陰極移動(dòng)，K+部分遷移到陰極區(qū)。

（1）①碳在元素周期表中的位置為第二周期第ⅣA族，故答案為：第二周期第ⅣA族。

②由反應(yīng)原理圖可知，過程Ⅰ中FeO是反應(yīng)物，過程Ⅱ中FeO是生成物，整個(gè)過程中FeO作催化劑，故答案為：催化劑。

③CO2轉(zhuǎn)化為炭黑的總反應(yīng)方程式是二氧化碳在催化劑作用下生成氧氣和碳，化學(xué)反應(yīng)方程式：CO2 C+O2，故答案為：CO2 C+O2。

（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，Na的其他副反應(yīng)占比大，Cu的CO2轉(zhuǎn)化率低，兼顧乙烯的產(chǎn)率、CO2轉(zhuǎn)化率和對(duì)副反應(yīng)的影響，選擇添加K助劑效果最好，不僅能提高單位時(shí)間內(nèi)乙烯產(chǎn)量，并且其他副反應(yīng)占比少，故答案為：K。

②加入助劑能提高單位時(shí)間內(nèi)乙烯產(chǎn)量的根本原因是降低生成乙烯的反應(yīng)所需要的活化能，加快乙烯生成速率，而對(duì)其他副反應(yīng)幾乎無影響，故答案為：降低生成乙烯的反應(yīng)所需要的活化能，加快乙烯生成速率，而對(duì)其他副反應(yīng)幾乎無影響。

（3）①陰極發(fā)生還原反應(yīng)，CO2得電子生成HCOO-，陰極的電極反應(yīng)式為：

CO2+HCO3+2e=HCOO+CO32-或CO2+H++2e=HCOO，故答案為：CO2+HCO3+2e=HCOO+CO32-或CO2+H++2e=HCOO。

②電解一段時(shí)間后，陽極區(qū)的KHCO3溶液濃度降低，是由于電解質(zhì)溶液中OH-在陽極失電子產(chǎn)生O2，溶液pH減小，HCO3濃度降低，溶液中的陽離子向陰極移動(dòng)，K+部分遷移到陰極區(qū)，故答案為：陽極產(chǎn)生O2，pH減小，濃度降低，K+部分遷移至陰極區(qū)。