Question

(15分)最近科学家提出“绿色自由”构想：把含有大量CO₂的空气吹入碳酸钾溶液中，再把CO₂从溶液中提取出来，并使之与氢气反应生成可再生能源甲醇。其工艺流程如图所示：

（1）写出分解池中反应的化学方程式为_______________；

（2）在合成塔中，若有4.4kg CO₂与足量H₂恰好完全反应，生成气态的水和甲醇，可放出4947kJ的热量，试写出该反应的热化学方程式_______________；

（3）已知合成塔中的反应是可逆的，根据平衡移动原理，低温有利于原料气的转化，而实际生产中采用300℃的温度，其原因可能是_______________；

（4）“绿色自由”构想流程中常包括物质的“循环利用”，上述流程中能体现“循环利用”的物质除碳酸钾溶液外，还包括________(化学式)。

（5）300℃时，将CO和H₂按1:3的体积比充入密闭容器中，CO₂的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。根据图示回答下列问题：

①若其他条件不变，将A点的体积压缩至原来的一半，一段时间后反应再达平衡是，与原平衡比较下列说法正确的是________。

A．CO₂的浓度减小

B．正反应速率增大，逆反应速率减小

C．CO₂和H₂的体积比为1:3

D．CH₃OH的体积分数增大

②将1.0molCO₂和3.0molH₂置于体积不变的密闭容器中，2min时反应达到平衡，此时体系总压强为0.10MPa，用H₂表示的反应速率为1.2mol/(L·min)，则密闭容器的体积是____L。

（6）甲醇可制作燃料电池。以氢氧化钾溶液为电解质的负极反应式是__________。当转移的电子的物质的量为_______mol时，参加反应的氧气的体积是6.72L(标准状况下)。

Answer

（1）2KHCO3K2CO3+H2O+CO2↑（2）CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.47kJ/mol；

（3）加快反应速率，使催化剂活性较高（4）高温水蒸气 （5）①CD ②1

（6）CH3OH+8OH- -6e-=CO32-+6H2O 1.2

【解析】

试题分析：（1）碳酸氢钾受热可分解成碳酸钾、二氧化碳和水，方程式为：2KHCO3K2CO3+H2O+CO2↑；（2）根据4.4 kg CO2与足量H2恰好完全反应，可放出4 947 kJ的热量，则1 mol CO2与氢气合成甲醇放出热量49.47 kJ的热量，所以热化学方程式为CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.47kJ/mol，故答案为：CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.47kJ/mol；（3）合成塔内发生的反应为CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.47kJ/mol，升温平衡逆向移动，但反应速率较高，使催化剂的活性较高，故通常选择较高温度下进行；（4）上述反应流程中分解内KHCO3分解生成的碳酸钾和水汽及合成甲醇时得到的水汽可以循环利用；（5）①A．体积减少一半，CO2的浓度瞬间增大为原来的平衡，平衡向正反应向移动，根据勒夏特列原理，平衡后CO2的浓度仍比原来大，故A错误；B．体积减少，压强增大，正反应速率和逆反应速率均增大，故B错误；C．CO2和H2的起始量为1:3，变化量也是1:3，因此平衡后体积比仍为1:3，故C正确；D．体积减小，平衡向正方向移动，CH3OH的体积分数增大，故D正确；答案为CD。②假设容器体积为VL，H2表示的反应速率为1.2mol/(L·min)，根据反应速率的计算公式可知，H2的变化物质的量为1.2mol/(L·min)×2min×VL=2.4Vmol，结合反应CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O，则CO2变化的物质的量是0.8Vmol，此时CO2转化率为0.8Vmol/1mol=0.8，得V=1L； （6）甲醇燃料碱性电池中，甲醇在负极上发生氧化反应，甲醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O；参加反应的氧气的体积是6.72L(标准状况下)物质的量为0.3mol，O2+2H2O+4e-=4OH-，转移电子物质的量为1.2mol。

考点：工业流程题，涉及热化学反应、化学平衡及原电池等。