Question

【题目】近年科学家提出“绿色自由”构想。把含有大量CO2的空气吹入K2CO3溶液中，再把CO2从溶液中提取出来，并使之与H2反应生成可再生能源甲醇。其工艺流程如下图所示：

回答下列问题：

(1)进入分解池中主要物质是______；在合成塔中，若有4.4kgCO2与足量H2反应，生成气态的H2O和CH3OH，可放出5370kJ的热量，写出该反应的热化学方程式：____________。

(2)该工艺在哪些方面体现了“绿色自由”构想中的“绿色”：①____________；②________。

(3)一定条件下，往2L恒容密闭容器中充入1.0molCO2和3.0 mol H2，在不同催化剂作用下，相同时间内CO2的转化率随温度变化如下图所示：

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

②此反应在a点时已达平衡状态，a点的转化率比c点高的原因是___________。c点时该反应的平衡常数K=___________。

(4)科学家还研究了其它转化温室气体的方法，利用下图所示装置可以将CO2转化为气体燃料CO。该装置工作时的总反应方程式为_________________。

(5)己知25℃时H2CO3的电离平衡常数为：Kal=4.4×10-7、Ka2=4.7×l0-ll，则反应：HCO3- +H2OH2CO3+ OH-的平衡常数K=________。

Answer 1

【答案】 KHCO3（或碳酸氢钾） CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g) △H=-53.7kJ/mol 减少大气中CO2；产生清洁能源甲醇； K2CO3可循环使用；能量可以循环利用，低碳经济等 催化剂I > 该反应为放热反应，温度开高，平衡逆向移动 2.1 2CO22CO+O2 2.3×10-8

【解析】 (1)饱和碳酸钾溶液吸收空气中的二氧化碳后生成碳酸氢钾，所以进入分解池中主要物质是KHCO3（或碳酸氢钾）；在合成塔中，若有4.4kgCO2与足量H2反应，生成气态的H2O和CH3OH，可放出5370kJ的热量，由此可以求出合成1mol CH3OH(g)放出53.7kJ的热量，所以该反应的热化学方程式为CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g) △H=-53.7kJ/mol 。

(2)该工艺中可以体现“绿色自由”构想中的“绿色”的有：①减少大气中CO2；产生清洁能源甲醇；②K2CO3可循环使用；能量可以循环利用，低碳经济等。

(3)①由图可知，相同时间内，催化剂I在较低的温度下（T3）即可使CO的转化率达到图中最高水平，说明在此温度下该反应在催化剂I的作用下化学反应速率最快，所以催化剂效果最佳的是催化剂I。b点对应的CO的转化率还没有达到该温度下的最高水平，所以反应正在向正反应方向进行，v（正）>v（逆）。

②此反应在a点时已达平衡状态，a点的转化率比c点高的原因是该反应为放热反应，温度开高，平衡逆向移动。c点时，该反应处于平衡状态，CO的转化率为60%，CO2、H2、H2O、CH3OH的变化量分别为0.6mol、1.8 mol、0.6 mol、0.6 mol，CO2、H2、H2O、CH3OH的平衡量分别为0.4mol、1.2 mol、0.6 mol、0.6 mol，则CO2、H2、H2O、CH3OH的平衡浓度分别为0.2mol/L、0.6 mol/L、0.3 mol/L、0.3 mol/L，该反应的平衡常数K= 2.1。

(4)由图可知，该装置为原电池，负极发生2H2O-4e-=O2↑+4H+，正极发生2CO2+4e-+4H+=CO+2H2O，所以该装置工作时的总反应方程式为2CO22CO+O2。

(5)己知25℃时H2CO3的电离平衡常数为：Kal=4.4×10-7、Ka2=4.7×l0-ll，则反应：HCO3- +H2OH2CO3+ OH-的平衡常数K=2.3×10-8。