Question

【题目】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) 已知:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1=-94.9kJ/mol

CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ/mol

则在合成塔中，CO2与H2反应生成气态的H2O和甲醇的热化学方程式为_________.

(2)该工艺在哪些方面体现了“绿色自由”构想中的“绿色”( 写出一条即可)________.

(3)一定条件下，往2L 恒容密闭容器中充入1mol 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:

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 ＝________。

(4)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__________。

(5)CO2在自然界循环时可与CaCO3反应，CaCO3是一种难溶物质，其Ksp=2.8×10-9。CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀，现将等体积的CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合，若Na2CO3溶液的浓度为5.6×10-5mo/L,则生成沉淀所 需CaCl2溶液的最小浓度为________。

Answer 1

【答案】 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(mol/ L)-2（或K=5.33(mol/L)-2） CO2+2H++2e－==CO+H2O 2×10-4mol/L

【解析】试题分析：(1)根据盖斯定律计算CO2与H2反应生成气态的H2O和甲醇的焓变；(2) 从低碳环保角度进行分析；(3)①催化剂加快反应速率，相同温度下，反应I速率最快；②CO2(g)+ 3H2(g)=H2O(g)+ CH3OH(g) △H = -53.7kJ/mol，降低温度平衡正向移动，所以温度下CO2平衡转化率大于a点； ③正反应放热，升高温度平衡逆向移动；④利用“三段式”计算c点时该反应的平衡常数；(4)根据装置图，N极CO2得电子生成CO；(5) 根据计算CaCl2溶液的最小浓度；

解析：(1) ① CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1=-94.9kJ/mol

②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ/mol

根据盖斯定律①+②得 CO2(g)+ 3H2(g)=H2O(g)+ CH3OH(g) △H = -53.7kJ/mol；(2) 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，低碳经济等都能体现“绿色”思想；(3)①催化剂加快反应速率，相同温度下，反应I速率最快，所以反应I催化剂效果最佳；②CO2(g)+ 3H2(g)=H2O(g)+ CH3OH(g) △H = -53.7kJ/mol，降低温度平衡正向移动，所以温度下CO2平衡转化率大于a点，b点达到平衡时，CO2转化率增大，反应正向进行，v(正)> v(逆)；③正反应放热，升高温度平衡逆向移动，a点的转化率比c点高；

④

=5.33。 (4)根据装置图，N极CO2得电子生成CO，电极反应式是CO2+2H++2e－==CO +H2O；(5) 设CaCl2溶液的最小浓度为xmol/L，，x>2×10-4mol/L，所以CaCl2溶液的最小浓度为2×10-4mol/L。