Question

【題目】最近科學家提出“綠色自由”構想：把含有大量CO2的空氣吹入碳酸鉀溶液中，再把CO2從溶液中提取出來，并使之與氫氣反應生成可再生能源甲醇。其工藝流程如圖所示：

（1）寫出分解池中反應的化學方程式為_______________；

（2）在合成塔中，若有4.4kg CO2與足量H2恰好完全反應，生成氣態(tài)的水和甲醇，可放出4947kJ的熱量，試寫出該反應的熱化學方程式_______________；

（3）已知合成塔中的反應是可逆的，根據(jù)平衡移動原理，低溫有利于原料氣的轉化，而實際生產(chǎn)中采用300℃的溫度，其原因可能是_______________；

（4）“綠色自由”構想流程中常包括物質(zhì)的“循環(huán)利用”，上述流程中能體現(xiàn)“循環(huán)利用”的物質(zhì)除碳酸鉀溶液外，還包括________(化學式)。

（5）300℃時，將CO和H2按1:3的體積比充入密閉容器中，CO2的平衡轉化率(α)與體系總壓強(p)的關系如圖所示。根據(jù)圖示回答下列問題：

①若其他條件不變，將A點的體積壓縮至原來的一半，一段時間后反應再達平衡是，與原平衡比較下列說法正確的是________。

A．CO2的濃度減小

B．正反應速率增大，逆反應速率減小

C．CO2和H2的體積比為1:3

D．CH3OH的體積分數(shù)增大

②將1.0molCO2和3.0molH2置于體積不變的密閉容器中，2min時反應達到平衡，此時體系總壓強為0.10MPa，用H2表示的反應速率為1.2mol/(L·min)，則密閉容器的體積是____L。

（6）甲醇可制作燃料電池。以氫氧化鉀溶液為電解質(zhì)的負極反應式是__________。當轉移的電子的物質(zhì)的量為_______mol時，參加反應的氧氣的體積是6.72L(標準狀況下)。

Answer 1

【答案】2KHCO3K2CO3+H2O+CO2↑ CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.47kJ/mol 加快反應速率，使催化劑活性較高 高溫水蒸氣 CD 1 CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O 1.2

【解析】

（1）碳酸氫鉀受熱可分解成碳酸鉀、二氧化碳和水，方程式為：2KHCO3K2CO3+H2O+CO2↑；

（2）根據(jù)4.4 kg CO2與足量H2恰好完全反應，可放出4 947 kJ的熱量，則1 mol CO2與氫氣合成甲醇放出熱量49.47 kJ的熱量，所以熱化學方程式為CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.47kJ/mol，故答案為CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.47kJ/mol；

（3）合成塔內(nèi)發(fā)生的反應為CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.47kJ/mol，升溫平衡逆向移動，但反應速率較高，使催化劑的活性較高，故通常選擇較高溫度下進行；

（4）上述反應流程中分解內(nèi)KHCO3分解生成的碳酸鉀和水汽及合成甲醇時得到的水汽可以循環(huán)利用；

（5）①A．體積減少一半，CO2的濃度瞬間增大為原來的平衡，平衡向正反應向移動，根據(jù)勒夏特列原理，平衡后CO2的濃度仍比原來大，故A錯誤；B．體積減少，壓強增大，正反應速率和逆反應速率均增大，故B錯誤；C．CO2和H2的起始量為1:3，變化量也是1:3，因此平衡后體積比仍為1:3，故C正確；D．體積減小，平衡向正方向移動，CH3OH的體積分數(shù)增大，故D正確；答案為CD。②假設容器體積為VL，H2表示的反應速率為1.2mol/(L·min)，根據(jù)反應速率的計算公式可知，H2的變化物質(zhì)的量為1.2mol/(L·min)×2min×VL=2.4Vmol，結合反應CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O，則CO2變化的物質(zhì)的量是0.8Vmol，此時CO2轉化率為0.8Vmol/1mol=0.8，得V=1L；

（6）甲醇燃料堿性電池中，甲醇在負極上發(fā)生氧化反應，甲醇失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，電極反應式為CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O；參加反應的氧氣的體積是6.72L(標準狀況下)物質(zhì)的量為0.3mol，O2+2H2O+4e-=4OH-，轉移電子物質(zhì)的量為1.2mol。