20.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KHCO3
(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,寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式CO2(g)+3H2(g)$\frac{\underline{\;2×105Pa,300℃\;}}{催化劑}$CH3OH(g)+H2O(g)△H=-53.7KJ/mol.
(3)該工藝在哪些方面體現(xiàn)了“綠色自由”構(gòu)想中的“綠色”減少大氣中并產(chǎn)生清潔能源甲醇;可循環(huán)使用;能量可以循環(huán)利用,低碳經(jīng)濟等.
(4)一定條件下,往2L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,相同時間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如圖1所示:
(圖1中c點的轉(zhuǎn)化率為66.67%,即轉(zhuǎn)化了$\frac{2}{3}$)
①催化劑效果最佳的反應(yīng)是Ⅰ(填“反應(yīng)I”,“反應(yīng)II”,“反應(yīng)III”).
②b點v (正)>v (逆)(填“>”,“<”,“=”).
③若此反應(yīng)在a點時已達平衡狀態(tài),a點的轉(zhuǎn)化率比c點高的原因是該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度升高,平衡逆向移動.
④c點時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=3.70.
(5)科學(xué)家還研究了其它轉(zhuǎn)化溫室氣體的方法,利用圖2所示裝置可以將CO2轉(zhuǎn)化為氣體燃料CO.該裝置工作時,N電極的電極反應(yīng)式為CO2+2e-+2H+=CO+H2O.

分析 空氣中的CO2與K2CO3溶液生成KHCO3,碳酸氫鉀不穩(wěn)定,在分解池中加熱分解生成碳酸鉀和二氧化碳、水,二氧化碳與氫氣合成甲醇,
(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
(2)1mol二氧化碳反應(yīng)放出熱量為5370kJ×$\frac{1mol×44g/mol}{4400g}$=53.7kJ,注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)與反應(yīng)熱書寫熱化學(xué)方程式;
(3)減少大氣中并產(chǎn)生清潔能源甲醇;可循環(huán)使用;能量可以循環(huán)利用,低碳經(jīng)濟等都體現(xiàn)了“綠色自由”構(gòu)想中的“綠色”;
(4)①由圖象知:反應(yīng)Ⅰ在較低溫度T3時CO2就達到80%的轉(zhuǎn)化率,故催化劑效果最佳的反應(yīng)是反應(yīng)Ⅰ;
②T3的b點時,反應(yīng)未達到限度,故v(正)>v(逆);
③該反應(yīng)為放熱反應(yīng),T4反應(yīng)已經(jīng)達到平衡,升高溫度到T5平衡向逆反應(yīng)移動,從而使CO2的轉(zhuǎn)化率降低.故T4的a點轉(zhuǎn)化率比T5的c點高;
④c點時時,CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
起始(mol/L):0.6               1.8          0           0
轉(zhuǎn)化(mol/L):$0.6×\frac{2}{3}$   $0.6×\frac{2}{3}$$0.6×\frac{2}{3}$$0.6×\frac{2}{3}$
平衡(mol/L):0.2       0.6          0.4        0.4
帶入平衡常數(shù)表達式計算;
(5)該裝置中,根據(jù)電子流向知,M是負(fù)極,N是正極,正極得電子發(fā)生還原反應(yīng),反應(yīng)式為CO2+2e-+2H+=CO+H2O.

解答 解:(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;
故答案為:KHCO3;
(2)1mol二氧化碳反應(yīng)放出熱量為5370kJ×$\frac{1mol×44g/mol}{4400g}$=53.7kJ,該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為:CO2(g)+3H2(g)$\frac{\underline{\;2×105Pa,300℃\;}}{催化劑}$CH3OH(g)+H2O(g)△H=-53.7KJ/mol;
故答案為:CO2(g)+3H2(g)$\frac{\underline{\;2×105Pa,300℃\;}}{催化劑}$CH3OH(g)+H2O(g)△H=-53.7KJ/mol;
(3)減少大氣中并產(chǎn)生清潔能源甲醇;可循環(huán)使用;能量可以循環(huán)利用,低碳經(jīng)濟等都體現(xiàn)了“綠色自由”構(gòu)想中的“綠色”;
故答案為:減少大氣中并產(chǎn)生清潔能源甲醇;可循環(huán)使用;能量可以循環(huán)利用,低碳經(jīng)濟等;
(4)①由圖象知:反應(yīng)Ⅰ在較低溫度T3時CO2就達到80%的轉(zhuǎn)化率,催化劑效果最佳的反應(yīng)是反應(yīng)Ⅰ;
故答案為:Ⅰ;
②T3的b點時,反應(yīng)未達到限度,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)達到平衡,升高溫度到T5平衡向逆反應(yīng)移動,從而使CO2的轉(zhuǎn)化率降低.T4的a點轉(zhuǎn)化率比T5的c點高.
 故答案為:該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度升高,平衡逆向移動;
④c點時,CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
起始(mol/L):0.6               1.8          0           0
轉(zhuǎn)化(mol/L):$0.6×\frac{2}{3}$   $0.6×\frac{2}{3}$$0.6×\frac{2}{3}$$0.6×\frac{2}{3}$
平衡(mol/L):0.2       0.6          0.4        0.4
在溫度為T5時,該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2}){c}^{3}({H}_{2})}$=$\frac{0.4×0.4}{0.2×0.{6}^{3}}$=3.70;
故答案為:K=3.70;
(5)該裝置中,根據(jù)電子流向知,M是負(fù)極,N是正極,正極得電子發(fā)生還原反應(yīng),反應(yīng)式為CO2+2e-+2H+=CO+H2O;
故答案為:CO2+2e-+2H+=CO+H2O.

點評 本題考查化學(xué)工業(yè)流程、熱化學(xué)方程式書寫、化學(xué)平衡計算與影響因素、電極反應(yīng)式的書寫等知識點,綜合性較強,注意把握基礎(chǔ)靈活運用,難度中等.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

10.某硫單質(zhì)的分子式為Sx,n mol的Sx在足量氧氣中完全燃燒,產(chǎn)生氣體全部通入含有m molCa(OH)2的石灰水中,恰好完全沉淀,且8n=m,則x的值為( 。
A.8B.6C.4D.2

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

11.下列有關(guān)電解質(zhì)溶液的說法正確的是( 。
A.常溫下,CH3COONH4溶液的pH=7,說明等溫等濃度的CH3COOH和NH3•H2O的電離度相等
B.鍋爐中沉積的CaSO4可用稀Na2CO3溶液浸泡,再將不溶物用稀鹽酸溶解除去
C.向0.1 mol/L的Na2CO3溶液中滴加稀鹽酸至中性,溶液中c(CO32-)=c(HCO3-
D.將CH3COONa溶液從20℃升溫至30℃,溶液中$\frac{c(C{H}_{3}COOH)•c(O{H}^{-})}{c({H}^{+})•c(C{H}_{3}CO{O}^{-})}$減小

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

8.下列化學(xué)用語錯誤的是(  )
A.氯化氫分子的電子式:B.乙烯的最簡式:CH2
C.苯的分子式:C6H6D.氯的原子結(jié)構(gòu)示意圖:

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

15.原子晶體中可能存在的化學(xué)鍵是( 。
A.離子鍵B.氫鍵C.極性鍵D.金屬鍵

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

5.下列有關(guān)實驗操作正確的是( 。
 實驗 操作
 A 配制0.1mol•L-1氯化鋁溶液先將氯化鋁晶體溶于濃鹽酸中,后加蒸餾水稀釋至指定體積
 B 在加熱條先下氫氣還原氧化銅 反應(yīng)完成后,先停止通入氫氣,后停止加熱
 C 濃鹽酸與碳酸鈣反應(yīng)制備CO2 氣體產(chǎn)物先通過濃硫酸,后通過飽和碳酸氫鈉溶液
 D 檢驗?zāi)橙芤菏欠窈琒O42-先加入BaCl2溶液,后加入鹽酸
A.AB.BC.CD.D

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科目:高中化學(xué) 來源:2016-2017學(xué)年四川省高一上10月月考化學(xué)試卷(解析版) 題型:選擇題

將溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為a%、物質(zhì)的量濃度為c1 mol·L-1的稀硫酸加熱蒸發(fā)掉一定量的水,使溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變?yōu)?a%,此時硫酸的物質(zhì)的量濃度為c2 mol·L-1,則c1和c2的關(guān)系是( )

A.c2=2c1 B.c2>2c1 C.c2<2cl D.c1=2c2

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

12.H2是重要的化工原料,在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中具有重要地位,回答下列問題:
(1)如何獲得廉價的氫氣是合成氨工業(yè)中的重要課題.目前常用戊烷跟水蒸氣反應(yīng)的方法獲得氨氣:
  C5H12(g)+5H2O(g)$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{高溫}$5CO(g)+11H2(g)
已知幾個反應(yīng)的能量變化如圖所示,則上述反應(yīng)的△H=c-5a-11bkJ•mol-1

(2)利用氫氣合成氨的反應(yīng)原理為:3H2(g)+N2(g)$\frac{\underline{\;高溫、高壓\;}}{催化劑}$2NH3(g)現(xiàn)有甲、乙、丙3個固定容積為2L的密閉容器,在相同溫度和催化劑條件下,按不同的反應(yīng)物投入量進行合成氨反應(yīng),相關(guān)數(shù)據(jù)如下表示:
容器
反應(yīng)物投入量2molH2、2molN24molH2、4molN22molNH3
平衡時N2的濃度(mol•L-1c11.5C3
N2的體積分?jǐn)?shù)123
混合氣體的密度(g•L-1123?
①下列描述不能說明該反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)的是a(填序號)
a.容器內(nèi)混合氣體的密度保持不變   
b.3v (N2)=v (H2
c.容器內(nèi)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變
②乙容器中的反應(yīng)在20min后達到平衡,這段時間內(nèi)NH3的平均反應(yīng)速率v(NH3)=0.05mol•L-1•min-1,該溫度下,反應(yīng)的平衡常數(shù)K=5.33L2•mol-2(結(jié)果保留3位有效數(shù)字);
③分析上表中的數(shù)據(jù),下列關(guān)系正確的是ac(填序號).
a.c1>c3                 b.w 1<w 2            c.ρ2>ρ1>ρ3???????
④在合成氨工業(yè)中,為了提高反應(yīng)物的利用率,除了要提供適宜的溫度、壓強和使用催化劑外,還要采取的措施是將產(chǎn)物混合氣中的氨冷卻分離后,剩余氣體循環(huán)使用.
(3)一定條件下存在反應(yīng):H2(g)+I2(g)?2HI(g)△H<0,現(xiàn)有甲、乙兩個完全相同的恒容絕熱密閉容器,在甲中充入1molH2和1molI2(g),在乙中充入2molHI(g).同時在700℃條件下開始反應(yīng),達到平衡時有關(guān)說法正確的是
①容器甲中氣體的正反應(yīng)速率比容器乙中的快(填“快”、“慢”或“相同”)
②容器甲中氣體的平衡常數(shù)比容器乙中的。ㄌ睢按蟆、“小”或“相等”)
③容器甲中氣體的顏色比容器乙中的深(填“深”、“淺”或“相同”)

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

13.已知在高溫、高壓、催化劑作用下,石墨可轉(zhuǎn)化為金剛石,并吸收1.9KJ/mol的熱量.
(1)石墨和金剛石哪種單質(zhì)更穩(wěn)定石墨;
(2)試推測石墨與金剛石各1mol在相同條件下燃燒,金剛石放出的熱量多.

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同步練習(xí)冊答案