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。其工藝流程如圖所示：

(1)分解池中主要物質是_________________。(填化學式)

(2)在合成塔中，若有4400g CO2與足量H2反應，生成氣態的H2O和甲醇，可放出5370kJ的熱量，該反應的熱化學方程式為_________________。

(3)一定條件下，往2 L恒容密閉容器中充入1mol CO2和3mol H2，在不同催化劑作用下發生反應I、反應II與反應III，相同時間內CO2的轉化率隨溫度變化如下圖所示：

(圖中c點的轉化率為66.67%，即轉化了2/3)

①催化劑效果最佳的反應是_________________(填“反應I”、“反應II”、“反應III”)。同一種催化劑，溫度越高，催化效果_________________(填“不變”、“增強”、“減弱”)，分析其原因可能是_________________(填字母)。

A．溫度升高，平衡逆向移動 B．溫度升高，催化劑失活

C．溫度升高，催化劑脫附率增加 D．溫度升高，平衡常數減小

②b點v(正)________v(逆)(填“>”、“<”或“=”)。

③若此反應在a點時已達平衡狀態，a點的轉化率比c點高的原因是_________________。

④c點時該反應的平衡常數K＝_________________。

Answer 1

【答案】KHCO3 CO2(g)+3H2(g) = H2O(g)+CH3OH(g) ΔH=-53.7 kJ/mol 反應I 減弱 BC > 該反應正反應方向為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，轉化率降低 5.33 L2mol-2

【解析】

(1)吸收池中盛有飽和碳酸鉀溶液，吸收空氣中的二氧化碳，轉化為KHCO3，KHCO3在分解池中分解生成二氧化碳；

(2)首先算出1mol二氧化碳反應放出的熱量，再書寫熱化學方程式；

(3)①由圖象知：反應Ⅰ在較低溫度T3時CO2就達到80%的轉化率；②T3的b點時，反應未達到限度；③該反應為放熱反應，T4反應已經達到平衡，升高溫度到T5平衡向逆反應移動，使CO2的轉化率降低；④根據三段式計算出平衡時各種物質的濃度，再根據平衡常數表達式計算。

(1)吸收池中盛有飽和碳酸鉀溶液，吸收空氣中的二氧化碳，轉化為KHCO3，KHCO3在分解池中分解生成二氧化碳，因此分解池中主要物質為KHCO3，故答案為：KHCO3；

(2)1mol二氧化碳反應放出熱量為5370kJ×=53.7kJ，該反應的熱化學方程式為：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H=-53.7kJ/mol，故答案為：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H=-53.7kJ/mol；

(3)①由圖像知：反應Ⅰ在較低溫度T3時CO2就達到80%的轉化率，催化劑效果最佳的反應是反應Ⅰ；根據圖像，同一種催化劑，溫度越高，催化效果減弱，原因可能為：A．催化劑不改變平衡的移動，錯誤；B．溫度升高，催化劑失活，使得催化效果減弱，正確；

C．溫度升高，催化劑脫附率增加，使得催化效果減弱，正確；D．催化劑不改變平衡的移動，不能改變平衡常數，錯誤；故選BC，故答案為：反應Ⅰ；減弱；BC；

②T3的b點時，未達到反應限度，反應繼續正向進行，故v(正)＞v(逆)，故答案為：＞；

③該反應為放熱反應，T4反應已經達到平衡，升高溫度到T5平衡向逆反應移動，從而使CO2的轉化率降低。T4的a點轉化率比T5的c點高，故答案為：該反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，轉化率降低；

④c點時， CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)

起始(mol/L)： 0.5 1.5 0 0

轉化(mol/L)：0.5× 0.5××3 0.5× 0.5×

平衡(mol/L)： 0.5

在溫度為T5時，該反應的平衡常數K=== L2mol-2=5.33 L2mol-2，故答案為： L2mol-2(或5.33 L2mol-2)。