Question

(14分)综合利用CO₂、CO对构建低碳社会有重要意义。

（1）Li₄SiO₄可用于富集得到高浓度CO₂。原理是：在500℃，低浓度CO₂与Li₄SiO₄接触后生成两种锂盐；平衡后加热至700℃，反应逆向进行，放出高浓度CO₂，Li₄SiO₄再生。700℃时反应的化学方程式为____________。

（2）固体氧化物电解池(SOEC)用于高温共电解CO₂/H₂O，既可高效制备合成气(CO＋H₂)，又可实现CO₂的减排，其工作原理如图。

①b为电源的________(填“正极”或“负极”)。

②写出电极c发生的电极反应式：________、________________。

（3）电解生成的合成气在催化剂作用下发生如下反应：CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)。对此反应进行如下研究：某温度下在一恒压容器中分别充入1.2 mol CO和1 mol H₂，达到平衡时容器体积为2 L，且含有0.4 mol CH₃OH(g)，则该反应平衡常数值为_______，此时向容器中再通入0.35 mol CO气体，则此平衡将________(填“向正反应方向”“不”或“向逆反应方向”)移动。

（4）已知：

若甲醇的燃烧热为ΔH₃，试用ΔH₁、ΔH₂、ΔH₃表示CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(l)的ΔH，则ΔH＝_____。

（5）利用太阳能和缺铁氧化物[如Fe_0.9O]可将廉价CO₂热解为碳和氧气，实现CO₂再资源化，转化过程如图所示，若用1 mol缺铁氧化物[Fe_0.9O]与足量CO₂完全反应可生成________mol C(碳)。

Answer

（1）Li2CO3＋Li2SiO3CO2＋Li4SiO4(2分)

（2）①正极(2分)

②CO2＋2e＝CO＋O2－(1分) H2O＋2e－＝H2＋O2－(1分)

（3）50(2分) 向逆反应方向(2分)

（4）ΔH＝2ΔH1－ΔH2－ΔH3(2分)

（5）0.1(2分)

【解析】

试题分析：（1）在500℃，低浓度CO2与Li4SiO4接触后生成两种锂盐，则根据原子守恒可知两种锂盐应该是碳酸锂和硅酸锂。平衡后加热至700℃，反应逆向进行，放出高浓度CO2，Li4SiO4再生，则700℃时反应的化学方程式为Li2CO3＋Li2SiO3CO2＋Li4SiO4。

（2）固体氧化物电解池(SOEC)用于高温共电解CO2/H2O，既可高效制备合成气(CO＋H2)，又可实现CO2的减排，其工作原理如右图。

①与电源b相连的电极d产生氧气，这说明d电极是阳极，则b为电源的正极。

②电极c是阴极，CO2和H2O得到电子，分别转化为CO和氢气，因此发生的电极反应式分别为CO2＋2e＝CO＋O2－、H2O＋2e－＝H2＋O2－。

（3）电解生成的合成气在催化剂作用下发生如下反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。对此反应进行如下研究：某温度下在一恒压容器中分别充入1.2 mol CO和1 mol H2，达到平衡时容器体积为2 L，且含有0.4 mol CH3OH(g)，则根据方程式可知消耗CO和氢气分别是0.4mol、0.8mol，剩余CO和氢气分别是0.8mol、0.2mol，浓度分别是0.4mol/L、0.1mol/L，甲醇的浓度是0.2mol/L，所以该反应平衡常数值＝50；此时向容器中再通入0.35 mol CO气体，由于压强不变，则容器容积变为，则此时CO、氢气、甲醇的浓度分别是0.46mol/L、0.08mol/L、0.16mol/L，所以浓度商＝＞50.因此此平衡将向逆反应方向移动。

（4）根据图像可知① 1/2O2(g)＋H2(g)H2O(l) ΔH1、② CO(g)＋1/2O2(g)CO2(g) ΔH2、③CH3OH(l)＋3/2O2(g)2H2O(l)＋CO2(g) ΔH3，则根据盖斯定律可知①×2—②—③即得到CO(g)＋2H2(g)CH3OH(l)的ΔH＝ΔH＝2ΔH1－ΔH2－ΔH3。

（5）在反应中铁的化合价从＋20/9价升高到＋8/3价，碳元素的化合价从＋4价降低到0价，则根据电子得失守恒可知产生的碳的物质的量是。

考点：考查电化学原理、盖斯定律、平衡状态计算以及氧化还原反应的应用等