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。其工艺流程如图所示：

(1)分解池中主要物质是_________________。(填化学式)

(2)在合成塔中，若有4400g CO2与足量H2反应，生成气态的H2O和甲醇，可放出5370kJ的热量，该反应的热化学方程式为_________________。

(3)一定条件下，往2 L恒容密闭容器中充入1mol CO2和3mol H2，在不同催化剂作用下发生反应I、反应II与反应III，相同时间内CO2的转化率随温度变化如下图所示：

(图中c点的转化率为66.67%，即转化了2/3)

①催化剂效果最佳的反应是_________________(填“反应I”、“反应II”、“反应III”)。同一种催化剂，温度越高，催化效果_________________(填“不变”、“增强”、“减弱”)，分析其原因可能是_________________(填字母)。

A．温度升高，平衡逆向移动 B．温度升高，催化剂失活

C．温度升高，催化剂脱附率增加 D．温度升高，平衡常数减小

②b点v(正)________v(逆)(填“>”、“<”或“=”)。

③若此反应在a点时已达平衡状态，a点的转化率比c点高的原因是_________________。

④c点时该反应的平衡常数K＝_________________。

Answer 1

【答案】KHCO3 CO2(g)+3H2(g) = H2O(g)+CH3OH(g) ΔH=-53.7 kJ/mol 反应I 减弱 BC > 该反应正反应方向为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，转化率降低 5.33 L2mol-2

【解析】

(1)吸收池中盛有饱和碳酸钾溶液，吸收空气中的二氧化碳，转化为KHCO3，KHCO3在分解池中分解生成二氧化碳；

(2)首先算出1mol二氧化碳反应放出的热量，再书写热化学方程式；

(3)①由图象知：反应Ⅰ在较低温度T3时CO2就达到80%的转化率；②T3的b点时，反应未达到限度；③该反应为放热反应，T4反应已经达到平衡，升高温度到T5平衡向逆反应移动，使CO2的转化率降低；④根据三段式计算出平衡时各种物质的浓度，再根据平衡常数表达式计算。

(1)吸收池中盛有饱和碳酸钾溶液，吸收空气中的二氧化碳，转化为KHCO3，KHCO3在分解池中分解生成二氧化碳，因此分解池中主要物质为KHCO3，故答案为：KHCO3；

(2)1mol二氧化碳反应放出热量为5370kJ×=53.7kJ，该反应的热化学方程式为：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H=-53.7kJ/mol，故答案为：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H=-53.7kJ/mol；

(3)①由图像知：反应Ⅰ在较低温度T3时CO2就达到80%的转化率，催化剂效果最佳的反应是反应Ⅰ；根据图像，同一种催化剂，温度越高，催化效果减弱，原因可能为：A．催化剂不改变平衡的移动，错误；B．温度升高，催化剂失活，使得催化效果减弱，正确；

C．温度升高，催化剂脱附率增加，使得催化效果减弱，正确；D．催化剂不改变平衡的移动，不能改变平衡常数，错误；故选BC，故答案为：反应Ⅰ；减弱；BC；

②T3的b点时，未达到反应限度，反应继续正向进行，故v(正)＞v(逆)，故答案为：＞；

③该反应为放热反应，T4反应已经达到平衡，升高温度到T5平衡向逆反应移动，从而使CO2的转化率降低。T4的a点转化率比T5的c点高，故答案为：该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，转化率降低；

④c点时， CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)

起始(mol/L)： 0.5 1.5 0 0

转化(mol/L)：0.5× 0.5××3 0.5× 0.5×

平衡(mol/L)： 0.5

在温度为T5时，该反应的平衡常数K=== L2mol-2=5.33 L2mol-2，故答案为： L2mol-2(或5.33 L2mol-2)。