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。其工藝流程如下圖所示：

回答下列問(wèn)題：

(1)進(jìn)入分解池中主要物質(zhì)是______；在合成塔中，若足量的H2與CO2反應(yīng)，消耗4.4gCO2，生成氣態(tài)的H2O和CH3OH，可放出5370J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”： ①_______；②_______。

(3)一定條件下，往2L恒容密閉容器中充入1.0molCO2和3.0mol H2，在不同催化劑作用下，相同時(shí)間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如圖所示：

①催化劑效果最佳的是_______（填“催化劑I”．“催化劑Ⅱ”，“催化劑Ⅲ”）。b點(diǎn)v（正）______v（逆）（填“>”，“<”，“=”）。

②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_________。c點(diǎn)時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=___________(保留一位小數(shù))。

(4)科學(xué)家還研究了利用溫室氣體制造充電電池，下圖為正在研究的Na—CO2可充電電池示意圖，該裝置放電時(shí)的總反應(yīng)方程式為_________。

(5)己知25℃時(shí)H2CO3的電離平衡常數(shù)為：Kal =4.4×10－7、Ka2 =4.7×l0－ll，則反應(yīng)：HCO3－+H2OH2CO3+ OH－的平衡常數(shù)K=________。

Answer 1

【答案】 KHCO3（或碳酸氫鉀） CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g) △H＝－53.7kJ/mol 減少大氣中CO2；產(chǎn)生清潔能源CH3OH； K2CO3可循環(huán)利用；能量可以循環(huán)利用；低碳經(jīng)濟(jì)等 催化劑Ⅰ ＞ 該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng) K＝2.1 4Na+3CO2==2Na2CO3+C K＝2.3×10－8

【解析】（1）考查CO2的性質(zhì)以及熱化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫，吸收池中發(fā)生K2CO3＋CO2＋H2O=2KHCO3，因此進(jìn)入分解池中的主要物質(zhì)是KHCO3；H2和CO2反應(yīng)的化學(xué)方程式為3H2＋CO2=CH3OH＋H2O，消耗1molCO2，放出的熱量為5370×10－3/0.1kJ=53.70kJ，即熱化學(xué)方程式為 CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g) △H＝－53.7kJ/mol ；（2）考查綠色化學(xué)，CO2引起溫室效應(yīng)，此反應(yīng)消耗CO2，可以減少大氣中的CO2，CH3OH為清潔能源；（3）考查勒夏特列原理、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算，①根據(jù)圖像，催化劑I的催化效果最佳；a點(diǎn)轉(zhuǎn)化率最高，說(shuō)明化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡，b點(diǎn)反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，即v正>v逆；②此反應(yīng)是放熱反應(yīng)，達(dá)到平衡后，隨著溫度的升高，平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，CO2的轉(zhuǎn)化率降低，原因是該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)；

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

起始： 1 3 0 0

變化： 0.6 1.8 0.6 0.6

平衡： 0.4 1.2 0.6 0.6 根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的定義K==2.1；（4）考查電極反應(yīng)式的書寫，根據(jù)裝置圖，負(fù)極反應(yīng)式為Na－e－=Na＋，正極反應(yīng)式為3CO2＋4e－=2CO32－＋C，兩式相加得到4Na＋3CO2=2Na2CO3＋C；（5）考查平衡常數(shù)，根據(jù)平衡常數(shù)的定義，K==2.3×10－8。