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。其工藝流程如圖所示:

(1) 已知:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1=-94.9kJ/mol

CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ/mol

則在合成塔中，CO2與H2反應生成氣態(tài)的H2O和甲醇的熱化學方程式為_________.

(2)該工藝在哪些方面體現(xiàn)了“綠色自由”構想中的“綠色”( 寫出一條即可)________.

(3)一定條件下，往2L 恒容密閉容器中充入1mol CO2 和3 mol H2，在不同催化劑作用下發(fā)生反應I、反應Ⅱ與反應Ⅲ,相同時間內(nèi)CO2的轉化率隨溫度變化如下圖所示:

①催化劑效果最佳的反應是__________（填“反應I”，“反應Ⅱ”，“反應Ⅲ”）。

②b點v (正)______ v (逆)（填“>”， “<”， “=”）。

③若此反應在a點時已達平衡狀態(tài)，a點的轉化率比c點高的原因是_________。

④c點時該反應的平衡常數(shù)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，N電極的電極反應式為__________。

(5)CO2在自然界循環(huán)時可與CaCO3反應，CaCO3是一種難溶物質，其Ksp=2.8×10-9。CaCl2溶液與Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀，現(xiàn)將等體積的CaCl2溶液與Na2CO3溶液混合，若Na2CO3溶液的濃度為5.6×10-5mo/L,則生成沉淀所 需CaCl2溶液的最小濃度為________。

Answer 1

【答案】 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)濟等 反應I > 該反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動 K=16/3(mol/ L)-2（或K=5.33(mol/L)-2） CO2+2H++2e－==CO+H2O 2×10-4mol/L

【解析】試題分析：(1)根據(jù)蓋斯定律計算CO2與H2反應生成氣態(tài)的H2O和甲醇的焓變；(2) 從低碳環(huán)保角度進行分析；(3)①催化劑加快反應速率，相同溫度下，反應I速率最快；②CO2(g)+ 3H2(g)=H2O(g)+ CH3OH(g) △H = -53.7kJ/mol，降低溫度平衡正向移動，所以溫度下CO2平衡轉化率大于a點； ③正反應放熱，升高溫度平衡逆向移動；④利用“三段式”計算c點時該反應的平衡常數(shù)；(4)根據(jù)裝置圖，N極CO2得電子生成CO；(5) 根據(jù)計算CaCl2溶液的最小濃度；

解析：(1) ① CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1=-94.9kJ/mol

②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律①+②得 CO2(g)+ 3H2(g)=H2O(g)+ CH3OH(g) △H = -53.7kJ/mol；(2) 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)濟等都能體現(xiàn)“綠色”思想；(3)①催化劑加快反應速率，相同溫度下，反應I速率最快，所以反應I催化劑效果最佳；②CO2(g)+ 3H2(g)=H2O(g)+ CH3OH(g) △H = -53.7kJ/mol，降低溫度平衡正向移動，所以溫度下CO2平衡轉化率大于a點，b點達到平衡時，CO2轉化率增大，反應正向進行，v(正)> v(逆)；③正反應放熱，升高溫度平衡逆向移動，a點的轉化率比c點高；

④

=5.33。 (4)根據(jù)裝置圖，N極CO2得電子生成CO，電極反應式是CO2+2H++2e－==CO +H2O；(5) 設CaCl2溶液的最小濃度為xmol/L，，x>2×10-4mol/L，所以CaCl2溶液的最小濃度為2×10-4mol/L。