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。其工藝流程如下圖所示：

回答下列問題：

(1)進(jìn)入分解池中主要物質(zhì)是______；在合成塔中，若有4.4kgCO2與足量H2反應(yīng)，生成氣態(tài)的H2O和CH3OH，可放出5370kJ的熱量，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：____________。

(2)該工藝在哪些方面體現(xiàn)了“綠色自由”構(gòu)想中的“綠色”：①____________；②________。

(3)一定條件下，往2L恒容密閉容器中充入1.0molCO2和3.0 mol H2，在不同催化劑作用下，相同時間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如下圖所示：

①催化劑效果最佳的是_______（填“催化劑I”．“催化劑Ⅱ”，“催化劑Ⅲ”）。b點(diǎn)v（正）______v（逆）（填“>”，“<”，“=”）。

②此反應(yīng)在a點(diǎn)時已達(dá)平衡狀態(tài)，a點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率比c點(diǎn)高的原因是___________。c點(diǎn)時該反應(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。該裝置工作時的總反應(yīng)方程式為_________________。

(5)己知25℃時H2CO3的電離平衡常數(shù)為：Kal=4.4×10-7、Ka2=4.7×l0-ll，則反應(yīng)：HCO3- +H2OH2CO3+ OH-的平衡常數(shù)K=________。

Answer 1

【答案】 KHCO3（或碳酸氫鉀） CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g) △H=-53.7kJ/mol 減少大氣中CO2；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 催化劑I > 該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度開高，平衡逆向移動 2.1 2CO22CO+O2 2.3×10-8

【解析】 (1)飽和碳酸鉀溶液吸收空氣中的二氧化碳后生成碳酸氫鉀，所以進(jìn)入分解池中主要物質(zhì)是KHCO3（或碳酸氫鉀）；在合成塔中，若有4.4kgCO2與足量H2反應(yīng)，生成氣態(tài)的H2O和CH3OH，可放出5370kJ的熱量，由此可以求出合成1mol CH3OH(g)放出53.7kJ的熱量，所以該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g) △H=-53.7kJ/mol 。

(2)該工藝中可以體現(xiàn)“綠色自由”構(gòu)想中的“綠色”的有：①減少大氣中CO2；產(chǎn)生清潔能源甲醇；②K2CO3可循環(huán)使用；能量可以循環(huán)利用，低碳經(jīng)濟(jì)等。

(3)①由圖可知，相同時間內(nèi)，催化劑I在較低的溫度下（T3）即可使CO的轉(zhuǎn)化率達(dá)到圖中最高水平，說明在此溫度下該反應(yīng)在催化劑I的作用下化學(xué)反應(yīng)速率最快，所以催化劑效果最佳的是催化劑I。b點(diǎn)對應(yīng)的CO的轉(zhuǎn)化率還沒有達(dá)到該溫度下的最高水平，所以反應(yīng)正在向正反應(yīng)方向進(jìn)行，v（正）>v（逆）。

②此反應(yīng)在a點(diǎn)時已達(dá)平衡狀態(tài)，a點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率比c點(diǎn)高的原因是該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度開高，平衡逆向移動。c點(diǎn)時，該反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，CO的轉(zhuǎn)化率為60%，CO2、H2、H2O、CH3OH的變化量分別為0.6mol、1.8 mol、0.6 mol、0.6 mol，CO2、H2、H2O、CH3OH的平衡量分別為0.4mol、1.2 mol、0.6 mol、0.6 mol，則CO2、H2、H2O、CH3OH的平衡濃度分別為0.2mol/L、0.6 mol/L、0.3 mol/L、0.3 mol/L，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K= 2.1。

(4)由圖可知，該裝置為原電池，負(fù)極發(fā)生2H2O-4e-=O2↑+4H+，正極發(fā)生2CO2+4e-+4H+=CO+2H2O，所以該裝置工作時的總反應(yīng)方程式為2CO22CO+O2。

(5)己知25℃時H2CO3的電離平衡常數(shù)為：Kal=4.4×10-7、Ka2=4.7×l0-ll，則反應(yīng)：HCO3- +H2OH2CO3+ OH-的平衡常數(shù)K=2.3×10-8。