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_______________。

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

（3）一定條件下，往2L恒容密閉容器中充入1 mol 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：

（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”）。

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_______________。

Answer 1

【答案】 KHCO3（或碳酸氫鉀） CO2（g）+ 3H2（g）H2O（g）+ CH3OH（g） △H= -53.7kJ/mol 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 L2/mol2（或K=3.70） CO2+2H++2e－===CO +H2O

【解析】（1）從圖示看出二氧化碳與碳酸鉀能反應(yīng)生成碳酸氫鉀，碳酸氫鉀分解生成的碳酸鉀可循環(huán)使用，故分解池中主要物質(zhì)是碳酸氫鉀；

（2）從敘述中可以看出反應(yīng)物是氫氣與二氧化碳；生成物是CH3OH和H2O，有4400 g CO2與足量H2完全反應(yīng)，生成氣態(tài)的H2O和氣態(tài)甲醇，可放出5370 kJ的熱量，則1mol CO2與足量H2完全反應(yīng)，生成氣態(tài)的H2O和氣態(tài)甲醇，可放出53.70 kJ的熱量，故答案為：3H2(g)+CO2(g)==CH3OH(g)+H2O(g)，△H= -53.7kJ/mol。

（3）①圖中不同催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)I、反應(yīng)II與反應(yīng)III，在相同時(shí)間內(nèi)、相同溫度時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率反應(yīng)I最大，故催化劑效果最佳的反應(yīng)是反應(yīng)I；②T4是此反應(yīng)達(dá)到平衡的點(diǎn)，所以b點(diǎn)反應(yīng)應(yīng)該是向正反應(yīng)方向進(jìn)行，b點(diǎn)v (正) >v (逆)；③若此反應(yīng)在a點(diǎn)時(shí)已達(dá)平衡狀態(tài)，升高溫度使a點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率比c點(diǎn)高，說明平衡逆向移動(dòng)，那么此反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；

④c點(diǎn)時(shí)二氧化碳的轉(zhuǎn)化濃度為0.5mol×66.67%=1/3mol/L

3H2(g)+CO2(g)==CH3OH(g)+H2O(g)

起始濃度mol/L 1.5 0.5 0 0

轉(zhuǎn)化濃度mol/L 1 1/3 1/3 1/3

平衡濃度mol/L 0.5 1/6 1/3 1/3

K= (1/3)2/0.53×1/6 =16/3。

（4）將CO2轉(zhuǎn)化為氣體燃料CO，二氧化碳在N電極發(fā)生還原反應(yīng)生成CO，N電極的電極反應(yīng)式為：CO2+2H++2e－===CO +H2O。