Question

中国政府承诺，到2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%-50%。减少CO₂ 排放是一项重要课题。

（1）以CO₂为原料抽取碳(C)的太阳能工艺如右图所示。

①过程1中每生成1mol FeO转移电子数为____________。

②过程2中发生反应的化学方程式为________________________________。

（2）CO₂在新型钴基电催化剂作用下，转化为清洁燃料——甲酸。其工作原理如下图所示，写出生成甲酸的电极反应式：____________。

（3）航天员呼吸产生的CO₂用下列反应处理，可实现空间站中O2的循环利用。

Sabatier反应：CO₂(g)+4H₂(g)CH₄(g)+2H₂O(g)

水电解反应：2H₂O(l)2H₂(g)+O₂(g)

将原料气按n(CO₂)∶n(H₂)=1∶4 置于密闭容器中发生Sabatier反应，测得H₂O(g)的物质的量分数与温度的关系如下图所示(虚线表示平衡曲线)。

①温度过高或过低均不利于该反应的进行，原因是____________________________________。

②200℃达到平衡时体系的总压强为p，该反应平衡常数的计算式为________________（不必化简，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）

（4）一种新的循环利用方案是用Bosch反应CO₂(g)+2H₂(g)C(s)+2H₂O(g)代替Sabatier反应。

①已知CO₂(g)、H₂O(g)的生成焓分别为-394 kJ·mo1^-l、-242 kJ·mo1^-l，Bosch反应的ΔH=__________ kJ·mo1^-l。（生成焓指一定条件下由对应单质生成1mol 化合物时的反应热）

②一定条件下Bosch反应必须在高温下才能启动，原因是______________________________。

③新方案的优点是_________________________。

Answer

2/3NA 6FeO+CO2C+2Fe3O4 CO2+2e-+H2O==HCOOH+O2- 温度过低，反应速率小；温度过高，反应向右进行的程度小 -90 反应的活化能高 氢原子利用率为100%

【解析】（1）①根据图知，Fe3O4在大于2300K时分解为FeO与O2，反应方程式为2Fe3O4=6FeO+O2↑，每生成6molFeO转移4mol电子，过程1中每生成1mol FeO转移电子数为 2/3 NA；②过程2中发生反应的化学方程式为6FeO+CO2C+2Fe3O4。（2）CO2在新型钴基电催化剂作用下，二氧化碳得电子，生成甲酸的电极反应式：CO2+2e-+H2O==HCOOH+O2-。（3）①温度过高或过低均不利于该反应的进行，原因是温度过低，反应速率小；温度过高，反应向右进行的程度小。②200℃达到平衡时体系的总压强为p，设开始时n（CO2）为1mol、n（H2）=4mol，设参加反应的n（CO2）为xmol，

该反应方程式CO2（g）+4H2（g）CH4（g）+2H2O（g）

开始（mol） 1 4 0 0

反应（mol） x 4x x 2x

平衡（mol） 1-x 4-4x x 2x

水蒸气的物质的量分数= =0.6，x=15/16

P（CO2）=、P（H2）= 、P（CH4）= 、P（H2O）= ，压强平衡常数K= = （4）①Bosch反应的△H=2（-242 kJ·mo1-l）-（-394 kJ·mo1-l）=-90 kJ·mo1-l；②断裂二氧化碳和氢气所需的能量较高，所以该反应所需的活化能较高，则一定条件下Bosch反应必须在高温下才能启动；③该反应中氢元素完全转化为水，氢原子利用率为100%。