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)分解池中主要物質(zhì)是_________________。(填化學(xué)式)

(2)在合成塔中，若有4400g CO2與足量H2反應(yīng)，生成氣態(tài)的H2O和甲醇，可放出5370kJ的熱量，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為_________________。

(3)一定條件下，往2 L恒容密閉容器中充入1mol CO2和3mol 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：

(圖中c點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率為66.67%，即轉(zhuǎn)化了2/3)

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”)。同一種催化劑，溫度越高，催化效果_________________(填“不變”、“增強(qiáng)”、“減弱”)，分析其原因可能是_________________(填字母)。

A．溫度升高，平衡逆向移動(dòng) B．溫度升高，催化劑失活

C．溫度升高，催化劑脫附率增加 D．溫度升高，平衡常數(shù)減小

②b點(diǎn)v(正)________v(逆)(填“>”、“<”或“=”)。

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＝_________________。

Answer 1

【答案】KHCO3 CO2(g)+3H2(g) = H2O(g)+CH3OH(g) ΔH=-53.7 kJ/mol 反應(yīng)I 減弱 BC > 該反應(yīng)正反應(yīng)方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率降低 5.33 L2mol-2

【解析】

(1)吸收池中盛有飽和碳酸鉀溶液，吸收空氣中的二氧化碳，轉(zhuǎn)化為KHCO3，KHCO3在分解池中分解生成二氧化碳；

(2)首先算出1mol二氧化碳反應(yīng)放出的熱量，再書寫熱化學(xué)方程式；

(3)①由圖象知：反應(yīng)Ⅰ在較低溫度T3時(shí)CO2就達(dá)到80%的轉(zhuǎn)化率；②T3的b點(diǎn)時(shí)，反應(yīng)未達(dá)到限度；③該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，T4反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡，升高溫度到T5平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，使CO2的轉(zhuǎn)化率降低；④根據(jù)三段式計(jì)算出平衡時(shí)各種物質(zhì)的濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算。

(1)吸收池中盛有飽和碳酸鉀溶液，吸收空氣中的二氧化碳，轉(zhuǎn)化為KHCO3，KHCO3在分解池中分解生成二氧化碳，因此分解池中主要物質(zhì)為KHCO3，故答案為：KHCO3；

(2)1mol二氧化碳反應(yīng)放出熱量為5370kJ×=53.7kJ，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H=-53.7kJ/mol，故答案為：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H=-53.7kJ/mol；

(3)①由圖像知：反應(yīng)Ⅰ在較低溫度T3時(shí)CO2就達(dá)到80%的轉(zhuǎn)化率，催化劑效果最佳的反應(yīng)是反應(yīng)Ⅰ；根據(jù)圖像，同一種催化劑，溫度越高，催化效果減弱，原因可能為：A．催化劑不改變平衡的移動(dòng)，錯(cuò)誤；B．溫度升高，催化劑失活，使得催化效果減弱，正確；

C．溫度升高，催化劑脫附率增加，使得催化效果減弱，正確；D．催化劑不改變平衡的移動(dòng)，不能改變平衡常數(shù)，錯(cuò)誤；故選BC，故答案為：反應(yīng)Ⅰ；減弱；BC；

②T3的b點(diǎn)時(shí)，未達(dá)到反應(yīng)限度，反應(yīng)繼續(xù)正向進(jìn)行，故v(正)＞v(逆)，故答案為：＞；

③該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，T4反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡，升高溫度到T5平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，從而使CO2的轉(zhuǎn)化率降低。T4的a點(diǎn)轉(zhuǎn)化率比T5的c點(diǎn)高，故答案為：該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率降低；

④c點(diǎn)時(shí)， CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)

起始(mol/L)： 0.5 1.5 0 0

轉(zhuǎn)化(mol/L)：0.5× 0.5××3 0.5× 0.5×

平衡(mol/L)： 0.5

在溫度為T5時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=== L2mol-2=5.33 L2mol-2，故答案為： L2mol-2(或5.33 L2mol-2)。