Question

【题目】“一带一路”为中国化工企业开辟了新的国际市场，而能源、资源整合及环境治理是保驾护航的基础。

Ⅰ.在能源领域，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:

（1）在合成塔中，若有4400gCO2与足量H2完企反应，生成气态的H2O和气态甲醇，可放出5370kJ的热量，写出该反应的热化学方程式__________。

（2）一定条件下，向2L恒容密闭容器中充入1molCO2和3molH2,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:

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 “>”， “<”， “=”)。

③c点时该反应的平衡常数K =_________。（写单位）

Ⅱ.环境治理中，安装汽车尾气催化转化器的反应是:2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g)ΔH<0

（3）温度升高K值_______（填“增大”或“减小”）

（4）若反应在恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是____________。

（5）下列所示装置可以在吸收SO2的同时，用阴极排出的溶液吸收NO2，(电极均为惰性电极)

a极为______极（填“阴”、“阳”)，b极的电极反应式为_________，结合电极反应式简述该装置能吸收SO2的原理：__________。

Answer 1

【答案】 CO2(g)+ 3H2(g) H2O(g)+ CH3OH(g) ΔH=- 53.7kJ/mol 反应I > K=16/3(L/mol)2 减小 bd 阳 2HSO3-+2e-+2H+= S2O42-+2H2O SO2在a极发生氧化反应,电极反应式: SO2-2e-+2H2O=4H++SO42-,H+通过阳离子交换膜进入b极室

【解析】I. (1). 1mol二氧化碳反应时放出的热量为：5370kJ×=53.7kJ，则该反应的热化学方程式为：CO2(g)+ 3H2(g) H2O(g)+ CH3OH(g) ΔH=－53.7kJ/mol，故答案为：CO2(g)+ 3H2(g) H2O(g)+ CH3OH(g) ΔH=－53.7kJ/mol；

(2). ①. 据图可知，反应I在较低温度T3时CO2就达到了80%的转化率，则催化剂效果最佳的是反应I，故答案为：反应I；

②. T3时的b点，反应尚未达到最大限度，则v (正)＞v (逆)，故答案为：＞；

③. c点时，根据三段式法有：

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

起始浓度（mol/L） 0.5 1.5 0 0

转化浓度（mol/L）0.5× 1.5× 0.5× 0.5×

平衡浓度（mol/L）0.5× 1.5× 0.5× 0.5×

在温度为T5时，该反应的平衡常数K== = (L/mol)2，故答案为：K= (L/mol)2；

II. (3). 该反应的ΔH<0，为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，K值减小，故答案为：减小；

(4). a. t1时刻正反应速率最大，之后随反应的进行正反应速率减小，说明t1时刻未达到平衡状态，故a错误；b. 该反应正向为气体减少的反应，随着反应的进行，体逐渐减少，压强逐渐减小，t1时刻压强不再改变，说明反应达到了平衡状态，故b正确；c. t1时刻时CO2和CO的物质的量相等，但t1时刻后，二者的物质的量发生变化，说明t1时刻未达到平衡状态，故c错误；d. 随着反应的进行，NO质量分数逐渐减小，t1时刻不再改变，说明反应达到平衡状态，故d正确；答案为：bd；

(5). 因阳极发生氧化反应，则阳极上发生的是二氧化硫被氧化为硫酸根离子的反应，所以a为阳极，阳极上发生的电极反应式为：SO2-2e-+2H2O=4H++SO42－，b为阴极，在阴极上，亚硫酸氢根离子得电子生成S2O42-，电极反应式为：2HSO3-+2e-+2H+= S2O42-+2H2O，根据上述分析可知，SO2在a极发生氧化反应，电极反应式为SO2-2e-+2H2O=4H++SO42－，H+通过阳离子交换膜进入b极室参与阴极反应，故答案为: 阳；2HSO3-+2e-+2H+= S2O42-+2H2O；SO2在a极发生氧化反应，电极反应式：SO2-2e-+2H2O=4H++ SO42－，H+通过阳离子交换膜进入b极室。