Question

9．二氧化碳的捕集、利用與封存（CCUS）是我國(guó)能源領(lǐng)域的一個(gè)重要戰(zhàn)略方向，CCUS或許發(fā)展成一項(xiàng)重要的新興產(chǎn)業(yè)．
（1）國(guó)外學(xué)者提出的由CO₂制取C的太陽(yáng)能工藝如圖1所示
①“熱分解系統(tǒng)”發(fā)生的反應(yīng)為2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$ 6FeO+O₂↑，每分解1molFe₃O₄ 轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2mol．
②“重整系統(tǒng)”發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為6FeO+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄+C．

（2）二氧化碳催化加氫合成低碳烯烴是目前研究的熱門(mén)課題，起始時(shí)以0.1MPa，
n（H₂）：n（CO₂）=3：1的投料比充入反應(yīng)器中，發(fā)生反應(yīng)：2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H，不同溫度下平衡時(shí)的四種氣態(tài)物質(zhì)的物質(zhì)的量如圖2所示：
①曲線b表示的物質(zhì)為H₂O（寫(xiě)化學(xué)式）．
②該反應(yīng)的△H＜0（填：“＞”或“＜”）
③為提高CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率，除改變溫度外，還可采取的措施是增大壓強(qiáng)或提高$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$比值（列舉1項(xiàng)）．
（3）據(jù)報(bào)道以二氧化碳為原料采用特殊的電極電解強(qiáng)酸性的二氧化碳水溶液可得到多種燃料，其原理如圖3所示．
①該工藝中能量轉(zhuǎn)化方式主要有光能轉(zhuǎn)化為電能，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能（寫(xiě)出其中兩種形式即可）．
②電解時(shí)其中b極上生成乙烯的電極反應(yīng)式為2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）①反應(yīng)2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO+O₂↑中O元素化合價(jià)由-2價(jià)升高到0價(jià)，結(jié)合元素化合價(jià)以及方程式計(jì)算；
②由圖1可知重整系統(tǒng)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：6FeO+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄+C；
（2）由曲線變化可知隨著溫度升高，氫氣的物質(zhì)的量逐漸增多，說(shuō)明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)放熱；可知a為CO₂的變化曲線，結(jié)合計(jì)量數(shù)關(guān)系可知b為水，c為C₂H₄的變化曲線；
（3）太陽(yáng)能電池為電源，電解強(qiáng)酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，乙烯在陰極生成．

解答 解：（1）①反應(yīng)2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;2300K\;}}{\;}$6FeO6FeO+O₂↑中O元素化合價(jià)由-2價(jià)升高到0價(jià)，由方程式可知，2molFe₃O₄參加反應(yīng)，生成1mol氧氣，轉(zhuǎn)移4mol電子，則每分解lmolFe₃O₄轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol，故答案為：2mol；
②由圖1可知重整系統(tǒng)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：6FeO+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄+C，故答案為：6FeO+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄+C；
（2）①隨著溫度升高，氫氣的物質(zhì)的量逐漸增多，因氫氣為反應(yīng)物，則另一條逐漸增多的曲線為CO₂，由計(jì)量數(shù)關(guān)系可知b為水，c為C₂H₄的變化曲線，
故答案為：H₂O；
②由曲線變化可知隨著溫度升高，氫氣的物質(zhì)的量逐漸增多，說(shuō)明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)放熱，故答案為：＜；
③為提高CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率，除改變溫度外，還可采取的措施是增大壓強(qiáng)或提高$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$比值，故答案為：增大壓強(qiáng)或提高$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$比值；
（3）①太陽(yáng)能電池為電源，電解強(qiáng)酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，可知能量轉(zhuǎn)化形式有光能轉(zhuǎn)化為電能，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，部分電能轉(zhuǎn)化為熱能，
故答案為：光能轉(zhuǎn)化為電能，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；
②電解時(shí)，二氧化碳在b極上生成乙烯，電極反應(yīng)式為2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O，故答案為：2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題較為綜合，涉及氧化還原、化學(xué)平衡移動(dòng)以及原電池反應(yīng)等知識(shí)，考查了學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，題目難度中等．注意電極正負(fù)極的判斷以及反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)，注意燃料電池的負(fù)極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)．