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_______________。

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

（3）該工藝在哪些方面體現(xiàn)了“綠色自由”構(gòu)想中的“綠色”_______________。

（4）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 ＝____________________。

（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_______________。

Answer 1

【答案】 KHCO3（或碳酸氫鉀） CO2（g）+ 3H2（g）H2O（g）+ CH3OH（g） △H=== -53.7kJ/mol 減少大氣中CO2并產(chǎn)生清潔能源甲醇；K2CO3可循環(huán)使用；能量可以循環(huán)利用，低碳經(jīng)濟(jì)等。 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 （或K=3.70） CO2+2H++2e－===CO +H2O

【解析】（1）把含有大量CO2的空氣吹入K2CO3溶液中，碳酸鉀與二氧化碳和水反應(yīng)生成碳酸氫鉀進(jìn)入到分解池中，故分解池中的主要物質(zhì)是碳酸氫鉀；

（2）根據(jù)4400gCO2與足量H2反應(yīng)，可放出5370 kJ的熱量，則1molCO2與H2合成甲醇放出熱量為53.70kJ，所以熱化學(xué)方程式為CO2（g）+ 3H2（g）H2O（g）+ CH3OH（g） △H=== -53.7kJ/mol；

（3）“綠色自由”構(gòu)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“綠色”有減少大氣中CO2并產(chǎn)生清潔能源甲醇；K2CO3可循環(huán)使用；能量可以循環(huán)利用，低碳經(jīng)濟(jì)等；

（4）①根據(jù)圖中信息可知，在相同溫度下，反應(yīng)I的CO2的轉(zhuǎn)化率最高，故其催化劑效果最佳；②a點(diǎn)時(shí)達(dá)到平衡，故b點(diǎn)時(shí)反應(yīng)往正方向進(jìn)行，v (正)>v (逆)；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：該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，故a點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率比c點(diǎn)高；

④往2L恒容密閉容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，

CO2（g）+ 3H2（g）H2O（g）+ CH3OH（g）

開(kāi)始時(shí)的濃度/mol 0.5 1.5 0 0

改變的濃度/mol 0.5× 1.5× 0.5× 0.5×

平衡時(shí)的濃度/mol 0.5× 1.5× 0.5× 0.5×

K===3.70；

（5）根據(jù)圖中信息可知，電子從M電極流向N電極，CO2得電子轉(zhuǎn)化為CO，則N電極的電極反應(yīng)式為：CO2+2H++2e－=CO +H2O。