Question

【題目】最近科學(xué)家提出“綠色自由”構(gòu)想：把含有大量CO2的空氣吹入碳酸鉀溶液中，再把CO2從溶液中提取出來，并使之與氫氣反應(yīng)生成可再生能源甲醇。其工藝流程如圖所示：

（1）寫出分解池中反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________；

（2）在合成塔中，若有4.4kg CO2與足量H2恰好完全反應(yīng)，生成氣態(tài)的水和甲醇，可放出4947kJ的熱量，試寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式_______________；

（3）已知合成塔中的反應(yīng)是可逆的，根據(jù)平衡移動原理，低溫有利于原料氣的轉(zhuǎn)化，而實(shí)際生產(chǎn)中采用300℃的溫度，其原因可能是_______________；

（4）“綠色自由”構(gòu)想流程中常包括物質(zhì)的“循環(huán)利用”，上述流程中能體現(xiàn)“循環(huán)利用”的物質(zhì)除碳酸鉀溶液外，還包括________(化學(xué)式)。

（5）300℃時(shí)，將CO和H2按1:3的體積比充入密閉容器中，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與體系總壓強(qiáng)(p)的關(guān)系如圖所示。根據(jù)圖示回答下列問題：

①若其他條件不變，將A點(diǎn)的體積壓縮至原來的一半，一段時(shí)間后反應(yīng)再達(dá)平衡是，與原平衡比較下列說法正確的是________。

A．CO2的濃度減小

B．正反應(yīng)速率增大，逆反應(yīng)速率減小

C．CO2和H2的體積比為1:3

D．CH3OH的體積分?jǐn)?shù)增大

②將1.0molCO2和3.0molH2置于體積不變的密閉容器中，2min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，此時(shí)體系總壓強(qiáng)為0.10MPa，用H2表示的反應(yīng)速率為1.2mol/(L·min)，則密閉容器的體積是____L。

（6）甲醇可制作燃料電池。以氫氧化鉀溶液為電解質(zhì)的負(fù)極反應(yīng)式是__________。當(dāng)轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為_______mol時(shí)，參加反應(yīng)的氧氣的體積是6.72L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)。

Answer 1

【答案】2KHCO3K2CO3+H2O+CO2↑ CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.47kJ/mol 加快反應(yīng)速率，使催化劑活性較高 高溫水蒸氣 CD 1 CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O 1.2

【解析】

（1）碳酸氫鉀受熱可分解成碳酸鉀、二氧化碳和水，方程式為：2KHCO3K2CO3+H2O+CO2↑；

（2）根據(jù)4.4 kg CO2與足量H2恰好完全反應(yīng)，可放出4 947 kJ的熱量，則1 mol CO2與氫氣合成甲醇放出熱量49.47 kJ的熱量，所以熱化學(xué)方程式為CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.47kJ/mol，故答案為CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.47kJ/mol；

（3）合成塔內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)為CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.47kJ/mol，升溫平衡逆向移動，但反應(yīng)速率較高，使催化劑的活性較高，故通常選擇較高溫度下進(jìn)行；

（4）上述反應(yīng)流程中分解內(nèi)KHCO3分解生成的碳酸鉀和水汽及合成甲醇時(shí)得到的水汽可以循環(huán)利用；

（5）①A．體積減少一半，CO2的濃度瞬間增大為原來的平衡，平衡向正反應(yīng)向移動，根據(jù)勒夏特列原理，平衡后CO2的濃度仍比原來大，故A錯誤；B．體積減少，壓強(qiáng)增大，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率均增大，故B錯誤；C．CO2和H2的起始量為1:3，變化量也是1:3，因此平衡后體積比仍為1:3，故C正確；D．體積減小，平衡向正方向移動，CH3OH的體積分?jǐn)?shù)增大，故D正確；答案為CD。②假設(shè)容器體積為VL，H2表示的反應(yīng)速率為1.2mol/(L·min)，根據(jù)反應(yīng)速率的計(jì)算公式可知，H2的變化物質(zhì)的量為1.2mol/(L·min)×2min×VL=2.4Vmol，結(jié)合反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O，則CO2變化的物質(zhì)的量是0.8Vmol，此時(shí)CO2轉(zhuǎn)化率為0.8Vmol/1mol=0.8，得V=1L；

（6）甲醇燃料堿性電池中，甲醇在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，電極反應(yīng)式為CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O；參加反應(yīng)的氧氣的體積是6.72L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)物質(zhì)的量為0.3mol，O2+2H2O+4e-=4OH-，轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為1.2mol。