Question

8．研究和深度開發(fā)CO、CO₂的應用對構建生態(tài)文明社會具有重要的意義．
（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脫氫、分解兩步反應得到．
第一步：2CH₃OH（g）?HCOOCH₃（g）+2H₂（g）△H＞0
第二步：HCOOCH₃（g）?CH₃OH（g）+CO（g）△H＞0
①第一步反應的機理可以用圖1表示：圖中中間產物X的結構簡式為HCHO．

②在工業(yè)生產中，為提高CO的產率，可采取的合理措施有升高溫度，降低壓強．（寫兩條措施）
（3）第21屆聯(lián)合國氣候變化大會（COP21）于2015年11月30日至12月11日在巴黎召開．會議旨在討論控制溫室氣體CO₂的排放，減緩全球變暖，力爭將全球氣溫上升控制在2度內．
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℃，反應逆向進行，放出高濃度CO₂，Li₄SiO₄再生．請寫出700℃時反應的化學方程式為：Li₂CO₃+Li₂SiO₃$\stackrel{700℃}{?}$CO₂+Li₄SiO₄．
②利用太陽能和缺鐵氧化物[如Fe_0.9O]可將富集到的廉價CO₂熱解為碳和氧氣，實現(xiàn)CO₂再資源化，轉化過程如圖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），又可實現(xiàn)CO₂的減排，其工作原理如圖3．
寫出電極c上發(fā)生的電極反應式：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系見圖4．如何解釋圖中250-400℃時溫度升高與乙酸的生成速率變化的關系？在250-300℃過程中，催化劑是影響速率的主要因素，因此催化效率的降低，導致反應速率也降低；而在300-400℃時，催化效率低且變化程度較小，但反應速率增加較明顯．

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得到熱化學方程式；
（2）①依據(jù)分解反應過程和反應機理圖示分析判斷，中間產物為甲醛；
②反應是氣體體積增大的吸熱反應，依據(jù)化學平衡移動原理分析判斷；
（3）①根據(jù)題干信息，反應物為CO₂與Li₄SiO₄，生成物有Li₂CO₃，根據(jù)質量守恒進行解答；
②依據(jù)反應物和產物利用直平法配平化學方程式，利用已知守恒計算得到；
③二氧化碳在a極得到電子發(fā)生還原反應生成一氧化碳同時生成氧離子，反應電極反應式為：CO₂+2e^-═CO+O^2-，水中的氫元素化合價降低被還原，電極反應式為：H₂O
+2e^-=H₂+O^2-；
（4）在250-300℃過程中，催化劑是影響速率的主要因素，因此催化效率的降低，導致反應速率也降低；而在300-400℃時，催化效率低且變化程度較小，但反應速率增加較明顯．

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)圖示和分解反應過程，結合原子守恒分析，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，反應是氣體體積增大的吸熱反應，依據(jù)平衡移動原理可知提高一氧化碳產率，應使平衡正向進行，升溫，減壓實現(xiàn)，故答案為：升高溫度，降低壓強；
（3）①在500℃，CO₂與Li₄SiO₄接觸后生成Li₂CO₃，反應物為CO₂與Li₄SiO₄，生成物有Li₂CO₃，根據(jù)質量守恒可知產物還有Li₂SiO₃，所以700℃時反應的化學方程式為：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)生還原反應生成一氧化碳同時生成氧離子，反應電極反應式為：CO₂+2e^-═CO+O^2-，水中的氫元素化合價降低被還原，電極反應式為：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，導致反應速率也降低；而在300-400℃時，催化效率低且變化程度較小，但反應速率增加較明顯，故答案為：在250-300℃過程中，催化劑是影響速率的主要因素，因此催化效率的降低，導致反應速率也降低；而在300-400℃時，催化效率低且變化程度較小，但反應速率增加較明顯，因此該過程中溫度是影響速率的主要因素，溫度越高，反應速率越大．

點評 本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算和應用，電解池電極反應的分析書寫，原子守恒氧化還原反應的計算應用，題目難度中等．