Question

【題目】低碳經濟成為人們一種新的生活理念，二氧化碳的捕捉和利用是能源領域的一個重要研究方向。請你結合下列有關圖示和所學知識回答：

（1）用CO2催化加氫可以制取乙烯：CO2(g)+3H2(g)C2H4(g)+2H2O(g)。若該反應體系的能量隨反應過程變化關系如圖所示，則該反應的ΔH=___(用含a、b的式子表示)。又知：相關化學鍵的鍵能如下表所示，實驗測得上述反應的ΔH=-152kJ·mol-1，則表中的x=___。

化學鍵	C=O	H—H	C=C	C—H	H—O
鍵能/kJ·mol-1	803	436	x	414	464

（2）鍵能是將1mol理想氣體分子AB拆開為中性氣態原子A和B所需的能量。已知下列化學鍵的鍵能如下表：

化學鍵	N≡N	OO	N—N	N—H	O—H
	946	497	193	391	463

寫出1mol氣態肼(H2N—NH2)燃燒生成氮氣和水蒸氣的熱化學方程式：___。

（3）二氧化碳的捕集、利用是我國能源領域的一個重要戰略方向。

①科學家提出由CO2制取C的太陽能工藝如圖所示。

若“重整系統”發生的反應中=6，則FexOy的化學式為___。“熱分解系統”中每分解1molFexOy，轉移電子的物質的量為___。

②工業上用CO2和H2反應合成二甲醚。已知：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-53.7kJ·mol-1，CH3OCH3(g)+H2O(g)=2CH3OH(g) ΔH2=+23.4kJ·mol-1，則2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH3=___kJ·mol-1。

Answer 1

【答案】-(b-a)kJ·mol-1 764 N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) ΔH=-544kJ·mol-1 Fe3O4 2mol -130.8

【解析】

（1）根據ΔH=反應物的鍵能總和-生成物的鍵能總和、ΔH=反應物鍵能總和-生成物鍵能總和進行計算；

（2）氣態肼燃燒生成氮氣和水蒸氣，寫出方程式，根據ΔH=反應物的鍵能總和-生成物的鍵能總和進行計算；

（3）①由圖可知重整系統中CO2和FeO反應生成FexOy和C，根據原子守恒確定化學式；熱分解系統中是FexOy分解為FeO和氧氣，根據鐵元素化合價變化計算轉移的電子的物質的量；

②根據蓋斯定律計算反應熱并書寫熱化學方程式。

（1）由圖知1molCO2(g)和3molH2(g)具有的總能量大于1molC2H4(g)和2molH2O(g)具有的總能量，該反應為放熱反應，反應的ΔH=生成物具有的總能量-反應物具有的總能量=-(b-a)kJ·mol-1。反應熱ΔH=反應物的鍵能總和-生成物的鍵能總和=2×803kJ·mol-1+3×436kJ·mol-1-[xkJ·mol-1+2×414kJ·mol-1+4×464 kJ·mol-1]=-152kJ·mol-1，解得x=764；

（2）氣態肼和氧氣反應的化學方程式為N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)。根據焓變=反應物總鍵能-生成物總鍵能，1mol氣態肼(H2N—NH2)燃燒生成氮氣和水蒸氣的焓變=193kJ·mol-1+391kJ·mol-1×4+497kJ·mol-1-946kJ·mol-1-463 kJ·mol-1×4=-544kJ·mol-1，所以1mol氣態肼(H2N—NH2)燃燒生成氮氣和水蒸氣的熱化學方程式是N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) ΔH=-544 kJ·mol-1；

（3）①由示意圖可以知道，重整系統中CO2和FeO反應生成FexOy和C，發生的反應中=6時，根據鐵原子、氧原子守恒可以知道x∶y=6∶(6+2)=3∶4，故FexOy的化學式為Fe3O4；熱分解系統中是Fe3O4分解為FeO與氧氣，分解1molFe3O4轉移電子的物質的量為1mol×3×(-2)=2mol；

②已知：Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-53.7 kJ·mol-1，Ⅱ.CH3OCH3(g)+H2O(g)=2CH3OH(g) ΔH2=+23.4 kJ·mol-1，根據蓋斯定律知2×反應Ⅰ-反應II得2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH3=-130.8kJ·mol-1。