Question

【題目】近年科學家提出“綠色自由”構想。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反應生成可再生能源甲醇。其工藝流程如下圖所示：

回答下列問題：

(1)進入分解池中主要物質是______；在合成塔中，若有4.4kgCO2與足量H2反應，生成氣態的H2O和CH3OH，可放出5370kJ的熱量，寫出該反應的熱化學方程式：____________。

(2)該工藝在哪些方面體現了“綠色自由”構想中的“綠色”：①____________；②________。

(3)一定條件下，往2L恒容密閉容器中充入1.0molCO2和3.0 mol H2，在不同催化劑作用下，相同時間內CO2的轉化率隨溫度變化如下圖所示：

①催化劑效果最佳的是_______（填“催化劑I”．“催化劑Ⅱ”，“催化劑Ⅲ”）。b點v（正）______v（逆）（填“>”，“<”，“=”）。

②此反應在a點時已達平衡狀態，a點的轉化率比c點高的原因是___________。c點時該反應的平衡常數K=___________。

(4)科學家還研究了其它轉化溫室氣體的方法，利用下圖所示裝置可以將CO2轉化為氣體燃料CO。該裝置工作時的總反應方程式為_________________。

(5)己知25℃時H2CO3的電離平衡常數為：Kal=4.4×10-7、Ka2=4.7×l0-ll，則反應：HCO3- +H2OH2CO3+ OH-的平衡常數K=________。

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；產生清潔能源甲醇； K2CO3可循環使用；能量可以循環利用，低碳經濟等 催化劑I > 該反應為放熱反應，溫度開高，平衡逆向移動 2.1 2CO22CO+O2 2.3×10-8

【解析】 (1)飽和碳酸鉀溶液吸收空氣中的二氧化碳后生成碳酸氫鉀，所以進入分解池中主要物質是KHCO3（或碳酸氫鉀）；在合成塔中，若有4.4kgCO2與足量H2反應，生成氣態的H2O和CH3OH，可放出5370kJ的熱量，由此可以求出合成1mol CH3OH(g)放出53.7kJ的熱量，所以該反應的熱化學方程式為CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g) △H=-53.7kJ/mol 。

(2)該工藝中可以體現“綠色自由”構想中的“綠色”的有：①減少大氣中CO2；產生清潔能源甲醇；②K2CO3可循環使用；能量可以循環利用，低碳經濟等。

(3)①由圖可知，相同時間內，催化劑I在較低的溫度下（T3）即可使CO的轉化率達到圖中最高水平，說明在此溫度下該反應在催化劑I的作用下化學反應速率最快，所以催化劑效果最佳的是催化劑I。b點對應的CO的轉化率還沒有達到該溫度下的最高水平，所以反應正在向正反應方向進行，v（正）>v（逆）。

②此反應在a點時已達平衡狀態，a點的轉化率比c點高的原因是該反應為放熱反應，溫度開高，平衡逆向移動。c點時，該反應處于平衡狀態，CO的轉化率為60%，CO2、H2、H2O、CH3OH的變化量分別為0.6mol、1.8 mol、0.6 mol、0.6 mol，CO2、H2、H2O、CH3OH的平衡量分別為0.4mol、1.2 mol、0.6 mol、0.6 mol，則CO2、H2、H2O、CH3OH的平衡濃度分別為0.2mol/L、0.6 mol/L、0.3 mol/L、0.3 mol/L，該反應的平衡常數K= 2.1。

(4)由圖可知，該裝置為原電池，負極發生2H2O-4e-=O2↑+4H+，正極發生2CO2+4e-+4H+=CO+2H2O，所以該裝置工作時的總反應方程式為2CO22CO+O2。

(5)己知25℃時H2CO3的電離平衡常數為：Kal=4.4×10-7、Ka2=4.7×l0-ll，則反應：HCO3- +H2OH2CO3+ OH-的平衡常數K=2.3×10-8。