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_______________。

（2）在合成塔中，若有4400 g CO2与足量H2完全反应，生成气态的H2O和气态甲醇，可放出5370 kJ的热量，写出该反应的热化学方程式_______________。

（3）一定条件下，往2L恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol 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”）。

②b点v (正)_________v (逆)（填 “>”， “<”， “=”）。

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 ＝____________________。

（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，N电极的电极反应式为_______________。

Answer 1

【答案】 KHCO3（或碳酸氢钾） CO2（g）+ 3H2（g）H2O（g）+ CH3OH（g） △H= -53.7kJ/mol 反应I > 该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动 K=16/3 L2/mol2（或K=3.70） CO2+2H++2e－===CO +H2O

【解析】（1）从图示看出二氧化碳与碳酸钾能反应生成碳酸氢钾，碳酸氢钾分解生成的碳酸钾可循环使用，故分解池中主要物质是碳酸氢钾；

（2）从叙述中可以看出反应物是氢气与二氧化碳；生成物是CH3OH和H2O，有4400 g CO2与足量H2完全反应，生成气态的H2O和气态甲醇，可放出5370 kJ的热量，则1mol CO2与足量H2完全反应，生成气态的H2O和气态甲醇，可放出53.70 kJ的热量，故答案为：3H2(g)+CO2(g)==CH3OH(g)+H2O(g)，△H= -53.7kJ/mol。

（3）①图中不同催化剂作用下发生反应I、反应II与反应III，在相同时间内、相同温度时CO2的转化率反应I最大，故催化剂效果最佳的反应是反应I；②T4是此反应达到平衡的点，所以b点反应应该是向正反应方向进行，b点v (正) >v (逆)；③若此反应在a点时已达平衡状态，升高温度使a点的转化率比c点高，说明平衡逆向移动，那么此反应的正反应是放热反应；

④c点时二氧化碳的转化浓度为0.5mol×66.67%=1/3mol/L

3H2(g)+CO2(g)==CH3OH(g)+H2O(g)

起始浓度mol/L 1.5 0.5 0 0

转化浓度mol/L 1 1/3 1/3 1/3

平衡浓度mol/L 0.5 1/6 1/3 1/3

K= (1/3)2/0.53×1/6 =16/3。

（4）将CO2转化为气体燃料CO，二氧化碳在N电极发生还原反应生成CO，N电极的电极反应式为：CO2+2H++2e－===CO +H2O。