Question

研究和深度开发CO、CO₂的应用对构建生态文明社会具有重要的意义。

（1）CO可用于炼铁，已知：Fe₂O₃(s) + 3C(s)＝2Fe(s) + 3CO(g)   ΔH ₁＝+489.0 kJ·mol^-1

C(s) + CO₂(g)＝2CO(g)   ΔH ₂ ＝+172.5 kJ·mol^-1

则CO还原Fe₂O₃(s)的热化学方程式为                             。

（2）电子工业中使用的一氧化碳常以甲醇为原料通过脱氢、分解两步反应得到。

第一步：2CH₃OH(g)HCOOCH₃(g)+2H₂(g)   △H>0

第二步：HCOOCH₃(g)CH₃OH(g)+CO(g)    △H>0

①第一步反应的机理可以用下图表示：

图中中间产物X的结构简式为                  。

②在工业生产中，为提高CO的产率，可采取的合理措施有             。（写两条措施）

（3）第21届联合国气候变化大会(COP21)于2015年11月30日至12月11日在巴黎召开。会议旨在讨论控制温室气体CO₂的排放，减缓全球变暖，力争将全球气温上升控制在2度内。

①Li₄SiO₄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。请写出700℃时反应的化学方程式为：                 。

 

②利用太阳能和缺铁氧化物[如Fe_0.9O]可将富集到的廉价CO₂热解为碳和氧气，实现CO₂再资源化，转化过程如下图1所示，若用1mol缺铁氧化物[Fe_0.9O]与足量CO₂完全反应可生成          molC(碳)。

③固体氧化物电解池(SOEC)用于高温电解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2。写出电极c上发生的电极反应式                 。（任写一个）

（4）以TiO₂／Cu₂Al₂O₄为催化剂，可以将CO₂和CH₄直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系见图3。如何解释图中250-400℃时温度升高与乙酸的生成速率变化的关系                     。

Answer

（1）Fe2O3(s)+3CO(g)＝2Fe(s)+3CO2(g) △H ＝-28.5 kJ·mol-1（2）①HCHO ②升高温度、降低压强（3）① CO2 ＋Li4SiO4Li2CO3＋Li2SiO3②0.1③CO2＋2e-===CO＋O2- 或，H2O＋2e-===H2＋O2

（4）在250-300℃过程中，催化剂是影响速率的主要因素，因此催化效率的降低，导致反应速率也降低；而在300-400℃时，催化效率低且变化程度较小，但反应速率增加较明显，因此该过程中温度是影响速率的主要因素，温度越高，反应速率越大。

【解析】

试题分析：（1）CO还原Fe2O3 的热化学方程式为：Fe2O3(s)+3CO(g)＝2Fe(s)+3CO2(g) △H，根据盖斯定律，△H=ΔH 1-3ΔH 2 =+489.0 kJ·mol-1-3 x（+172.5 kJ·mol-1）= -28.5 kJ·mol-1；（2）①甲醇在催化剂表面发生去氢氧化反应，则氧化产物为甲醛；②要提高一氧化碳的产率，化学平衡向正反应方向移动，根据压强增大平衡向体积缩小的方向移动，正反应为气体体积增大的反应，所以要降低压强，温度升高平衡向吸热反应方向移动，正反应为吸热反应，所以要升高温度；（3）①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，所以化学方程式为CO2 ＋Li4SiO4 = Li2CO3＋Li2SiO3；②缺氧化铁被氧化为四氧化三铁，二氧化碳被还原为碳：化学方程式为：10[Fe0.9O]+CO2 = 3Fe3O4+C，1mol缺铁氧化物[Fe0.9O]与足量CO2完全反应可生成0.1molC(碳)；③电极c为电解池的阴极发生还原反应，从图2可以看出有O2- 生成，反应方程式：CO2＋2e- === CO＋O2- 或，H2O＋2e--===H2＋O2-。（4）从图上可以看出在250-300℃过程中催化的催化效率明显的降低。在250-300℃过程中，催化剂是影响速率的主要因素，因此催化效率的降低，导致反应速率也降低；而在300-400℃时，催化效率低且变化程度较小，但反应速率增加较明显，因此该过程中温度是影响速率的主要因素，温度越高，反应速率越大。

考点：热化学及化学反应速率、化学及化学平衡。