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，若足量的H2与CO2反应，消耗4.4gCO2，生成气态的H2O和CH3OH，可放出5370J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3.0mol 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=___________(保留一位小数)。

(4)科学家还研究了利用温室气体制造充电电池，下图为正在研究的Na—CO2可充电电池示意图，该装置放电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CH3OH； K2CO3可循环利用；能量可以循环利用；低碳经济等 催化剂Ⅰ ＞ 该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动 K＝2.1 4Na+3CO2==2Na2CO3+C K＝2.3×10－8

【解析】（1）考查CO2的性质以及热化学反应方程式的书写，吸收池中发生K2CO3＋CO2＋H2O=2KHCO3，因此进入分解池中的主要物质是KHCO3；H2和CO2反应的化学方程式为3H2＋CO2=CH3OH＋H2O，消耗1molCO2，放出的热量为5370×10－3/0.1kJ=53.70kJ，即热化学方程式为 CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g) △H＝－53.7kJ/mol ；（2）考查绿色化学，CO2引起温室效应，此反应消耗CO2，可以减少大气中的CO2，CH3OH为清洁能源；（3）考查勒夏特列原理、化学平衡常数的计算，①根据图像，催化剂I的催化效果最佳；a点转化率最高，说明化学反应达到平衡，b点反应向正反应方向进行，即v正>v逆；②此反应是放热反应，达到平衡后，随着温度的升高，平衡向逆反应方向进行，CO2的转化率降低，原因是该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动；

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

起始： 1 3 0 0

变化： 0.6 1.8 0.6 0.6

平衡： 0.4 1.2 0.6 0.6 根据化学平衡常数的定义K==2.1；（4）考查电极反应式的书写，根据装置图，负极反应式为Na－e－=Na＋，正极反应式为3CO2＋4e－=2CO32－＋C，两式相加得到4Na＋3CO2=2Na2CO3＋C；（5）考查平衡常数，根据平衡常数的定义，K==2.3×10－8。