Question

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。其工艺流程如图所示：

（1）分解池中主要物质是_______________。

（2）在合成塔中，若有4400 g CO₂与足量H₂反应，生成气态的H₂O和甲醇，可放出5370 kJ的热量，写出该反应的热化学方程式_______________。

（3）该工艺在哪些方面体现了“绿色自由”构想中的“绿色”_______________。

（4）一定条件下，往2L恒容密闭容器中充入1 mol CO₂和3 mol H₂，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：

（图中c点的转化率为66.67%，即转化了2/3）

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 “>”， “<”， “=”）。

③若此反应在a点时已达平衡状态，a点的转化率比c点高的原因是____________。

④c点时该反应的平衡常数K ＝____________________。 

（5）科学家还研究了其它转化温室气体的方法，利用下图所示装置可以将CO₂转化为气体燃料CO。该装置工作时，N电极的电极反应式为_______________。

Answer

KHCO3（或碳酸氢钾） CO2（g）+ 3H2（g）H2O（g）+ CH3OH（g） △H=== -53.7kJ/mol 减少大气中CO2并产生清洁能源甲醇；K2CO3可循环使用；能量可以循环利用，低碳经济等。 反应I > 该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动 K=16/3 （或K=3.70） CO2+2H++2e－===CO +H2O

【解析】（1）把含有大量CO2的空气吹入K2CO3溶液中，碳酸钾与二氧化碳和水反应生成碳酸氢钾进入到分解池中，故分解池中的主要物质是碳酸氢钾；

（2）根据4400gCO2与足量H2反应，可放出5370 kJ的热量，则1molCO2与H2合成甲醇放出热量为53.70kJ，所以热化学方程式为CO2（g）+ 3H2（g）H2O（g）+ CH3OH（g） △H=== -53.7kJ/mol；

（3）“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“绿色”有减少大气中CO2并产生清洁能源甲醇；K2CO3可循环使用；能量可以循环利用，低碳经济等；

（4）①根据图中信息可知，在相同温度下，反应I的CO2的转化率最高，故其催化剂效果最佳；②a点时达到平衡，故b点时反应往正方向进行，v (正)>v (逆)；③若此反应在a点时已达平衡状态，a点的转化率比c点高的原因是：该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，故a点的转化率比c点高；

④往2L恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，

CO2（g）+ 3H2（g）H2O（g）+ CH3OH（g）

开始时的浓度/mol 0.5 1.5 0 0

改变的浓度/mol 0.5× 1.5× 0.5× 0.5×

平衡时的浓度/mol 0.5× 1.5× 0.5× 0.5×

K===3.70；

（5）根据图中信息可知，电子从M电极流向N电极，CO2得电子转化为CO，则N电极的电极反应式为：CO2+2H++2e－=CO +H2O。