Question

8．研究和深度開(kāi)發(fā)CO、CO₂的應(yīng)用對(duì)構(gòu)建生態(tài)文明社會(huì)具有重要的意義．
（1）CO可用于煉鐵，已知：Fe₂O₃（s）+3C（s）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1
C（s）+CO₂（g）═2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1則CO還原Fe₂O₃（s）的熱化學(xué)方程式為Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1．
（2）電子工業(yè)中使用的一氧化碳常以甲醇為原料通過(guò)脫氫、分解兩步反應(yīng)得到．
第一步：2CH₃OH（g）?HCOOCH₃（g）+2H₂（g）△H＞0
第二步：HCOOCH₃（g）?CH₃OH（g）+CO（g）△H＞0
①第一步反應(yīng)的機(jī)理可以用圖1表示：圖中中間產(chǎn)物X的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為HCHO．

②在工業(yè)生產(chǎn)中，為提高CO的產(chǎn)率，可采取的合理措施有升高溫度，降低壓強(qiáng)．（寫(xiě)兩條措施）
（3）第21屆聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)（COP21）于2015年11月30日至12月11日在巴黎召開(kāi)．會(huì)議旨在討論控制溫室氣體CO₂的排放，減緩全球變暖，力爭(zhēng)將全球氣溫上升控制在2度內(nèi)．
①Li₄SiO₄可用于富集得到高濃度CO₂．原理是：在500℃，低濃度CO₂與Li₄SiO₄接觸后生成兩種鋰鹽；平衡后加熱至700℃，反應(yīng)逆向進(jìn)行，放出高濃度CO₂，Li₄SiO₄再生．請(qǐng)寫(xiě)出700℃時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Li₂CO₃+Li₂SiO₃$\stackrel{700℃}{?}$CO₂+Li₄SiO₄．
②利用太陽(yáng)能和缺鐵氧化物[如Fe_0.9O]可將富集到的廉價(jià)CO₂熱解為碳和氧氣，實(shí)現(xiàn)CO₂再資源化，轉(zhuǎn)化過(guò)程如圖2所示，若用1mol缺鐵氧化物[Fe_0.9O]與足量CO₂完全反應(yīng)可生成0.1molC（碳）．
③固體氧化物電解池（SOEC）用于高溫電解CO₂/H₂O，既可高效制備合成氣（CO+H₂），又可實(shí)現(xiàn)CO₂的減排，其工作原理如圖3．
寫(xiě)出電極c上發(fā)生的電極反應(yīng)式：CO₂+2e^-═CO+O^2-，H₂O+2e^-=H₂+O^2-．
（4）以TiO₂/Cu₂Al₂O₄為催化劑，可以將CO₂和CH₄直接轉(zhuǎn)化成乙酸．在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率的關(guān)系見(jiàn)圖4．如何解釋圖中250-400℃時(shí)溫度升高與乙酸的生成速率變化的關(guān)系？在250-300℃過(guò)程中，催化劑是影響速率的主要因素，因此催化效率的降低，導(dǎo)致反應(yīng)速率也降低；而在300-400℃時(shí)，催化效率低且變化程度較小，但反應(yīng)速率增加較明顯．

Answer 1

分析 （1）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJmol^-1
由蓋斯定律①-②×3得到熱化學(xué)方程式；
（2）①依據(jù)分解反應(yīng)過(guò)程和反應(yīng)機(jī)理圖示分析判斷，中間產(chǎn)物為甲醛；
②反應(yīng)是氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，依據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析判斷；
（3）①根據(jù)題干信息，反應(yīng)物為CO₂與Li₄SiO₄，生成物有Li₂CO₃，根據(jù)質(zhì)量守恒進(jìn)行解答；
②依據(jù)反應(yīng)物和產(chǎn)物利用直平法配平化學(xué)方程式，利用已知守恒計(jì)算得到；
③二氧化碳在a極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成一氧化碳同時(shí)生成氧離子，反應(yīng)電極反應(yīng)式為：CO₂+2e^-═CO+O^2-，水中的氫元素化合價(jià)降低被還原，電極反應(yīng)式為：H₂O
+2e^-=H₂+O^2-；
（4）在250-300℃過(guò)程中，催化劑是影響速率的主要因素，因此催化效率的降低，導(dǎo)致反應(yīng)速率也降低；而在300-400℃時(shí)，催化效率低且變化程度較小，但反應(yīng)速率增加較明顯．

解答 解：（1）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJmol^-1
由蓋斯定律①-②×3得到Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1，
故答案為：Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1；
（2）①依據(jù)圖示和分解反應(yīng)過(guò)程，結(jié)合原子守恒分析，甲醇去氫后得到的是甲醛，故答案為：HCHO；
②第二步：HCOOCH₃（g）?CH₃OH（g）+CO（g）△H＞0，反應(yīng)是氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，依據(jù)平衡移動(dòng)原理可知提高一氧化碳產(chǎn)率，應(yīng)使平衡正向進(jìn)行，升溫，減壓實(shí)現(xiàn)，故答案為：升高溫度，降低壓強(qiáng)；
（3）①在500℃，CO₂與Li₄SiO₄接觸后生成Li₂CO₃，反應(yīng)物為CO₂與Li₄SiO₄，生成物有Li₂CO₃，根據(jù)質(zhì)量守恒可知產(chǎn)物還有Li₂SiO₃，所以700℃時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Li₂CO₃+Li₂SiO₃$\stackrel{700℃}{?}$CO₂+Li₄SiO₄，故答案為：Li₂CO₃+Li₂SiO₃$\stackrel{700℃}{?}$CO₂+Li₄SiO₄；
②依據(jù)圖示得到化學(xué)方程式為：Fe_0.9O+0.1CO₂=xC+$\frac{0.9}{3}$Fe₃O₄，依據(jù)碳原子守恒得到x=0.1，故答案為：0.1；
③二氧化碳在a極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成一氧化碳同時(shí)生成氧離子，反應(yīng)電極反應(yīng)式為：CO₂+2e^-═CO+O^2-，水中的氫元素化合價(jià)降低被還原，電極反應(yīng)式為：H₂O
+2e^-=H₂+O^2-，故答案為：CO₂+2e^-═CO+O^2-；H₂O+2e^-=H₂+O^2-； 
（4）在250-300℃過(guò)程中，催化劑是影響速率的主要因素，因此催化效率的降低，導(dǎo)致反應(yīng)速率也降低；而在300-400℃時(shí)，催化效率低且變化程度較小，但反應(yīng)速率增加較明顯，故答案為：在250-300℃過(guò)程中，催化劑是影響速率的主要因素，因此催化效率的降低，導(dǎo)致反應(yīng)速率也降低；而在300-400℃時(shí)，催化效率低且變化程度較小，但反應(yīng)速率增加較明顯，因此該過(guò)程中溫度是影響速率的主要因素，溫度越高，反應(yīng)速率越大．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計(jì)算和應(yīng)用，電解池電極反應(yīng)的分析書(shū)寫(xiě)，原子守恒氧化還原反應(yīng)的計(jì)算應(yīng)用，題目難度中等．