Question

【題目】近年科學(xué)家提出“綠色自由”構(gòu)想。把含有大量CO2的空氣吹入K2CO3溶液中，再把CO2從溶液中提取出來，并使之與H2反應(yīng)生成可再生能源甲醇。其工藝流程如圖所示:

(1) 已知:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1=-94.9kJ/mol

CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ/mol

則在合成塔中，CO2與H2反應(yīng)生成氣態(tài)的H2O和甲醇的熱化學(xué)方程式為_________.

(2)該工藝在哪些方面體現(xiàn)了“綠色自由”構(gòu)想中的“綠色”( 寫出一條即可)________.

(3)一定條件下，往2L 恒容密閉容器中充入1mol CO2 和3 mol H2，在不同催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)I、反應(yīng)Ⅱ與反應(yīng)Ⅲ,相同時(shí)間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如下圖所示:

①催化劑效果最佳的反應(yīng)是__________（填“反應(yīng)I”，“反應(yīng)Ⅱ”，“反應(yīng)Ⅲ”）。

②b點(diǎn)v (正)______ v (逆)（填“>”， “<”， “=”）。

③若此反應(yīng)在a點(diǎn)時(shí)已達(dá)平衡狀態(tài)，a點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率比c點(diǎn)高的原因是_________。

④c點(diǎn)時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K ＝________。

(4)科學(xué)家還研究了其它轉(zhuǎn)化溫室氣體的方法，利用下圖所示裝置可以將CO2轉(zhuǎn)化為氣體燃料CO。該裝置工作時(shí)，N電極的電極反應(yīng)式為__________。

(5)CO2在自然界循環(huán)時(shí)可與CaCO3反應(yīng)，CaCO3是一種難溶物質(zhì)，其Ksp=2.8×10-9。CaCl2溶液與Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀，現(xiàn)將等體積的CaCl2溶液與Na2CO3溶液混合，若Na2CO3溶液的濃度為5.6×10-5mo/L,則生成沉淀所 需CaCl2溶液的最小濃度為________。

Answer 1

【答案】 CO2(g)+3H2(g)=H2O(g)+CH3OH(g) △H=-53.7kJ/mol 減少大氣中CO2并產(chǎn)生清潔能源甲醇；K2CO3可循環(huán)使用；能量可以循環(huán)利用，低碳經(jīng)濟(jì)等 反應(yīng)I > 該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng) K=16/3(mol/ L)-2（或K=5.33(mol/L)-2） CO2+2H++2e－==CO+H2O 2×10-4mol/L

【解析】試題分析：(1)根據(jù)蓋斯定律計(jì)算CO2與H2反應(yīng)生成氣態(tài)的H2O和甲醇的焓變；(2) 從低碳環(huán)保角度進(jìn)行分析；(3)①催化劑加快反應(yīng)速率，相同溫度下，反應(yīng)I速率最快；②CO2(g)+ 3H2(g)=H2O(g)+ CH3OH(g) △H = -53.7kJ/mol，降低溫度平衡正向移動(dòng)，所以溫度下CO2平衡轉(zhuǎn)化率大于a點(diǎn)； ③正反應(yīng)放熱，升高溫度平衡逆向移動(dòng)；④利用“三段式”計(jì)算c點(diǎn)時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)；(4)根據(jù)裝置圖，N極CO2得電子生成CO；(5) 根據(jù)計(jì)算CaCl2溶液的最小濃度；

解析：(1) ① CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1=-94.9kJ/mol

②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律①+②得 CO2(g)+ 3H2(g)=H2O(g)+ CH3OH(g) △H = -53.7kJ/mol；(2) 減少大氣中CO2并產(chǎn)生清潔能源甲醇；K2CO3可循環(huán)使用；能量可以循環(huán)利用，低碳經(jīng)濟(jì)等都能體現(xiàn)“綠色”思想；(3)①催化劑加快反應(yīng)速率，相同溫度下，反應(yīng)I速率最快，所以反應(yīng)I催化劑效果最佳；②CO2(g)+ 3H2(g)=H2O(g)+ CH3OH(g) △H = -53.7kJ/mol，降低溫度平衡正向移動(dòng)，所以溫度下CO2平衡轉(zhuǎn)化率大于a點(diǎn)，b點(diǎn)達(dá)到平衡時(shí)，CO2轉(zhuǎn)化率增大，反應(yīng)正向進(jìn)行，v(正)> v(逆)；③正反應(yīng)放熱，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，a點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率比c點(diǎn)高；

④

=5.33。 (4)根據(jù)裝置圖，N極CO2得電子生成CO，電極反應(yīng)式是CO2+2H++2e－==CO +H2O；(5) 設(shè)CaCl2溶液的最小濃度為xmol/L，，x>2×10-4mol/L，所以CaCl2溶液的最小濃度為2×10-4mol/L。