Question

15．最近科学家提出一种“绿色自由”构想：把空气吹入碳酸钾溶液，然后再把CO₂从溶液中提取出来，经化学反应后使空气中的CO₂转变为甲醇．其技术流程如下：

（1）吸收池中饱和碳酸钾溶液的作用是富集空气中的CO₂；
（2）分解池中发生反应化学方程式为2KHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
（3）合成塔中生成甲醇的反应，其原子利用率理论上否（能、否）达到100%．若合成塔中有2.2kg
CO₂与足量H₂恰好完全反应，生成气态的水和甲醇，可放出2473.5kJ的热量，试写出合成塔中发生反应的热化学方程式CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47KJ/mol．
（4）如果空气不经过吸收池和分解池，而是直接通入合成塔，你认为不可以（填“可行”或“不可行”），理由是空气中的氧气和氢气混合加热或点燃可能发生爆炸．
（5）上述合成反应具有一定的可逆性，从平衡移动原理分析，低温有利于原料气的转化，而实际生产中采用
300°C的温度，其原因是提高催化剂的催化活性，加快反应速率．
（6）已知25℃时Ksp[Fe（OH）₃]=2.8×10^-39，则该温度下反应Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺的平衡常数K=3.6×10^-4 ．

Answer 1

分析 把空气吹入碳酸钾溶液，碳酸钾会吸收空气中二氧化碳气体，得到碳酸氢钾溶液，在高温水蒸汽中碳酸氢钾分解生成碳酸钾，二氧化碳和水，目的是富集二氧化碳，进入合成塔，通入氢气在一定温度压强下反应生成甲醇；
（1）碳酸钾吸收空气中二氧化碳反应生成碳酸氢钾；
（2）分解池中是碳酸氢钾分解生成碳酸钾、二氧化碳和水；
（3）依据合成甲醇的反应产物分析判断原子利用率，原子利用率是指反应物中的所有原子进入期望产物中的百分比，反应达到完全转化，即100%转化为目标产物；
（4）空气中的氧气和氢气混合加热或点燃可能发生爆炸；
（5）依据影响反应速率的因素分析，此温度会提高反应速率，催化剂活性最大；
（6）Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，25℃时Ksp[Fe（OH）₃]=2.8×10^-39，Ksp=c（Fe³⁺）×c³（OH^-），Kw=c（H⁺）×c（OH^-），则K=$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{3+}）}$=$\frac{（\frac{Kw}{c（O{H}^{-}）}）^{3}}{c（F{e}^{3+}）}$=$\frac{K{w}^{3}}{Ksp}$．

解答 解：（1）碳酸钾能和二氧化碳反应生成碳酸氢钠，所以碳酸钾的作用是：吸收空气中二氧化碳，富集空气中的CO₂，反应的化学方程式为：K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃，
故答案为：富集空气中的CO₂；
（2）在加热条件下，碳酸氢钾能分解生成碳酸钾、二氧化碳和水，化学方程式为：2KHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
故答案为：2KHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
（3）CO₂与H₂在300℃、2KPa的条件下生成水和甲醇，化学方程式为：CO₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂O+CH₃OH，产物有甲醇、还有H₂O，不符合转化率100%，若合成塔中有2.2kgCO₂与足量H₂恰好完全反应，可放出2473.5kJ的热量，1mol二氧化碳反应放热49.47KJ，写出合成塔中发生反应的热化学方程式为：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47KJ/mol；
故答案为：否；CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47KJ/mol；
（4）如果空气不经过吸收池和分解池，而是直接通入合成塔，空气中的氧气和氢气混合加热或点燃可能发生爆炸，引发危险，
故答案为：不可以；空气中的氧气和氢气混合加热或点燃可能发生爆炸，
（5）依据影响反应速率的因素分析，此温度会提高反应速率，催化剂活性最大，
故答案为：提高催化剂的催化活性，加快反应速率；
（6）Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，25℃时Ksp[Fe（OH）₃]=2.8×10^-39，Ksp=c（Fe³⁺）×c³（OH^-），Kw=c（H⁺）×c（OH^-），则K=$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{3+}）}$=$\frac{（\frac{Kw}{c（O{H}^{-}）}）^{3}}{c（F{e}^{3+}）}$=$\frac{K{w}^{3}}{Ksp}$=$\frac{（1{0}^{-14}）^{3}}{2.8×1{0}^{-39}}$=3.6×10^-4，
故答案为：3.6×10^-4 ．

点评 本题考查了甲醇的工业生产，主要考查物质的相互转化和制备的方法及注意事项，在解答时，首先分析题中的转化流程，然后结合学过的知识进行解答，题目难度中等．