Question

回收和利用CO₂是环境科学家研究的热点，是减轻温室效应危害的重要途径。

(1)在太阳能的作用下，以CO₂为原料制取炭黑的流程如图所示。其总反应的化学方程式为_____________。

 

(2)CO₂经过催化氢化合成低碳烯烃。合成乙烯的反应为

2CO₂(g)+6H₂(g)==CH₂=CH₂(g)+4H₂O(g)   △H=akJ/mol

已知:

键	H-H	C=O	C=C	O-H	C-H
键能/kJ/mol	436.0	745.0	615.0	462.8	413.4

则a=________。

(3)T℃时。在恒容密闭容器中充入1molCO₂和nmolH₂，在一定条件下发生反应:CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)   △H<0，混合气体中CH₃OH 的体积分数与氢气的物质的量的关系如图所示。图1中A、B、C 三点对应的体系。CO的转化率最大的是____(填字母)，判断理由是____________。

(4) 工业上也用合成气(H₂和CO) 合成甲醇，反应为2H₂(g)+CO(g)CH₃OH(g)   △H<0，在10L的恒容密团容器中充入H₂和CO的物质的量分别为2mol和1mol，测得CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图2所示。

①图2中S代表的物理量是_________。

②已知300℃时上述反应达到平衡时，CO 的平衡转化率为60% 若再向该平衡体系中再加入2molCO、2molH₂、2molCH₃OH 若保持温度和容器休积不变，则平衡会_____(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)。

(5)工业上常用高浓度的K₂CO₃溶液吸收CO₂，得溶液X，再利用电解法使K₂CO₃溶液再生，其装置示意图如下图所示：

①阳极区产生CO₂的原因是________(用离子方程式表示)。

②利用平衡移动原理，简述CO₃^2-在阴极区再生的原因____________。

Answer

CO2C＋O2 -375 C 在恒容密闭容器中，随着氢气物质的量(n）增大， c（H2)增大，平衡正向移动， CO2转化率增大 压强 正向移动 因为阳极发生 4OH--4e- =O2↑＋2H2O,产生的 H＋发生 H＋＋HCO3－=H2O＋CO2↑ HCO3－存在电离平衡： HCO3－H＋＋CO32－，阴极 H＋放电浓度减小平衡右移，CO32－再生(或阴极H＋放电OH－浓度增大，OH－与HCO3－反应生成CO32－，CO32－再生)

【解析】

（1）过程2中在700K条件下，二氧化碳和氧化亚铁发生反应生成碳和四氧化三铁；过程1中四氧化三铁在太阳能或>2300K时分解生成氧化亚铁和氧气，所以CO2为原料制取炭黑过程中的氧化亚铁做催化剂，根据反应物和生成物及反应条件书写化学方程式为：CO2C＋O2。

（2）△H=反应物总键能-生成物总键能，所以a=2×745.0×2+6×436.0-（615.0+4×413.4+4×462.8×2）=-375。

（3）根据化学平衡移动原理结合如图1所示，在恒容密闭容器中，随着氢气物质的量增大，c(H2)增大，平衡正向移动，CO2转化率增大，所以A、B、C三点对应的体系，CO的转化率最大的是C点。

（4）①由已知，该反应正向放热且气体分子数减小，所以升高温度CO的平衡转化率减小，增大压强CO的平衡转化率增大，结合如图2可得，横坐标x应为温度，S代表压强，且S1>S2。

②已知300℃时反应2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)达到平衡时，CO的平衡转化率为60%，列三段式得：

，

因为容器容积为10L，所以各物质平衡浓度为：c(H2)=0.08mol/L、c(CO)=0.04mol/L、c(CH3OH)=0.06mol/L，平衡常数K===234.375；若再向该平衡体系中再加入2molCO、2molH2、2molCH3OH若保持温度和容器休积不变，则此时c(H2)=0.28mol/L、c(CO)=0.24mol/L、c(CH3OH)=0.26mol/L，Q==≈13.82