Question

【題目】近年科學家提出“綠色自由”構想。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，并使之與H2反應生成可再生能源甲醇。其工藝流程如下圖所示：

回答下列問題：

(1)進入分解池中主要物質是______；在合成塔中，若足量的H2與CO2反應，消耗4.4gCO2，生成氣態的H2O和CH3OH，可放出5370J的熱量，寫出該反應的熱化學方程式________。

(2)該工藝在哪些方面體現了“綠色自由”構想中的“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，相同時間內CO2的轉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v（正）______v（逆）（填“>”，“<”，“=”）。

②此反應在a點時已達平衡狀態，a點的轉化率比c點高的原因是_________。c點時該反應的平衡常數K=___________(保留一位小數)。

(4)科學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，該裝置放電時的總反應方程式為_________。

(5)己知25℃時H2CO3的電離平衡常數為：Kal =4.4×10－7、Ka2 =4.7×l0－ll，則反應：HCO3－+H2OH2CO3+ OH－的平衡常數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；產生清潔能源CH3OH； K2CO3可循環利用；能量可以循環利用；低碳經濟等 催化劑Ⅰ ＞ 該反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動 K＝2.1 4Na+3CO2==2Na2CO3+C K＝2.3×10－8

【解析】（1）考查CO2的性質以及熱化學反應方程式的書寫，吸收池中發生K2CO3＋CO2＋H2O=2KHCO3，因此進入分解池中的主要物質是KHCO3；H2和CO2反應的化學方程式為3H2＋CO2=CH3OH＋H2O，消耗1molCO2，放出的熱量為5370×10－3/0.1kJ=53.70kJ，即熱化學方程式為 CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g) △H＝－53.7kJ/mol ；（2）考查綠色化學，CO2引起溫室效應，此反應消耗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、化學平衡常數的計算，①根據圖像，催化劑I的催化效果最佳；a點轉化率最高，說明化學反應達到平衡，b點反應向正反應方向進行，即v正>v逆；②此反應是放熱反應，達到平衡后，隨著溫度的升高，平衡向逆反應方向進行，CO2的轉化率降低，原因是該反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動；

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 根據化學平衡常數的定義K==2.1；（4）考查電極反應式的書寫，根據裝置圖，負極反應式為Na－e－=Na＋，正極反應式為3CO2＋4e－=2CO32－＋C，兩式相加得到4Na＋3CO2=2Na2CO3＋C；（5）考查平衡常數，根據平衡常數的定義，K==2.3×10－8。