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）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____________________________________________________________________。

（2）該工藝在哪些方面體現(xiàn)了“綠色自由”構(gòu)想中的“綠色”_____________________（至少寫兩點(diǎn)）。

（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，利用右圖所示裝置可以將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】 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。（任選兩點(diǎn)） 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=5.3） CO2+2H++2e－===CO +H2O

【解析】本題主要考查化學(xué)平衡的移動(dòng)。

（1）二氧化碳的物質(zhì)的量為100mol，反應(yīng)中放出5370kJ的熱量，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：CO2（g）+3H2（g）=H2O（g）+CH3OH（g） △H=== -53.7kJ/mol。

（2）該工藝在以下方面體現(xiàn)了“綠色自由”構(gòu)想中的“綠色”： 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。

（3）①在相同溫度下反應(yīng)I的轉(zhuǎn)化率最大，所以催化劑效果最佳的反應(yīng)是反應(yīng)I。

②b點(diǎn)反應(yīng)III平衡向正反應(yīng)方向建立，所以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)。

④反應(yīng)CO2（g）+3H2（g）H2O（g）+CH3OH（g）在c點(diǎn)時(shí)各物質(zhì)的濃度為c(CO2)=1/6mol/L、c(H2)=1/2mol/L、c(H2O)=1/3mol/L、c(CH3OH)=1/3mol/L，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝=16/3=5.3。

（4）該裝置工作時(shí)，在N電極CO2轉(zhuǎn)化為CO，N電極的電極反應(yīng)式為CO2+2H++2e－===CO+H2O。