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(lái)，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）該工藝體現(xiàn)了“綠色自由”構(gòu)想的“綠色”理念的方面有_______________________(任答一條)。

（4）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＝______。

（5）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___________________________，若導(dǎo)線中通過(guò)電子為a mol，則M極電解質(zhì)溶液中H＋改變量為________mol。

Answer 1

【答案】 KHCO3 CO2(g)+3H2(g) = H2O(g)+CH3OH(g) ΔH=-53.7 kJ/mol 減少大氣污染并產(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(jì)都體現(xiàn)了“綠色自由”構(gòu)想中的“綠色” 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 CO2+2e-+2H+=CO+H2O 0

【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；（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；（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(jì)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(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；②T3的b點(diǎn)時(shí)，反應(yīng)未達(dá)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(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；

④c點(diǎn)時(shí)， 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× 0.6×2 0.6× 0.6×

平衡（mol/L）：0.2 0.6 0.4 0.4

在溫度為T5時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)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；M電極反應(yīng)式為2H2O-4e-=O2↑+4H+，總反應(yīng)式為2CO2 =2CO+O2，故若導(dǎo)線中通過(guò)電子為a mol，則M極電解質(zhì)溶液中H＋改變量為0mol。