Question

【題目】回收和利用CO2是環(huán)境科學(xué)家研究的熱點(diǎn)，是減輕溫室效應(yīng)危害的重要途徑。

(1)在太陽能的作用下，以CO2為原料制取炭黑的流程如圖所示。其總反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________。

(2)CO2經(jīng)過催化氫化合成低碳烯烴。合成乙烯的反應(yīng)為

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

已知:

鍵	H-H	C=O	C=C	O-H	C-H
鍵能/kJ/mol	436.0	745.0	615.0	462.8	413.4

則a=________。

(3)T℃時(shí)。在恒容密閉容器中充入1molCO2和nmolH2，在一定條件下發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H<0，混合氣體中CH3OH 的體積分?jǐn)?shù)與氫氣的物質(zhì)的量的關(guān)系如圖所示。圖1中A、B、C 三點(diǎn)對應(yīng)的體系。CO的轉(zhuǎn)化率最大的是____(填字母)，判斷理由是____________。

(4) 工業(yè)上也用合成氣(H2和CO) 合成甲醇，反應(yīng)為2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) △H<0，在10L的恒容密團(tuán)容器中充入H2和CO的物質(zhì)的量分別為2mol和1mol，測得CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2所示。

①圖2中S代表的物理量是_________。

②已知300℃時(shí)上述反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，CO 的平衡轉(zhuǎn)化率為60% 若再向該平衡體系中再加入2molCO、2molH2、2molCH3OH 若保持溫度和容器休積不變，則平衡會(huì)_____(填“正向移動(dòng)”“逆向移動(dòng)”或“不移動(dòng)”)。

(5)工業(yè)上常用高濃度的K2CO3溶液吸收CO2，得溶液X，再利用電解法使K2CO3溶液再生，其裝置示意圖如下圖所示：

①陽極區(qū)產(chǎn)生CO2的原因是________(用離子方程式表示)。

②利用平衡移動(dòng)原理，簡述CO32-在陰極區(qū)再生的原因____________。

Answer 1

【答案】 CO2C＋O2 -375 C 在恒容密閉容器中，隨著氫氣物質(zhì)的量(n）增大， c（H2)增大，平衡正向移動(dòng)， CO2轉(zhuǎn)化率增大 壓強(qiáng) 正向移動(dòng) 因?yàn)殛枠O發(fā)生 4OH--4e- =O2↑＋2H2O,產(chǎn)生的 H＋發(fā)生 H＋＋HCO3－=H2O＋CO2↑ HCO3－存在電離平衡： HCO3－H＋＋CO32－，陰極 H＋放電濃度減小平衡右移，CO32－再生(或陰極H＋放電OH－濃度增大，OH－與HCO3－反應(yīng)生成CO32－，CO32－再生)

【解析】（1）過程2中在700K條件下，二氧化碳和氧化亞鐵發(fā)生反應(yīng)生成碳和四氧化三鐵；過程1中四氧化三鐵在太陽能或>2300K時(shí)分解生成氧化亞鐵和氧氣，所以CO2為原料制取炭黑過程中的氧化亞鐵做催化劑，根據(jù)反應(yīng)物和生成物及反應(yīng)條件書寫化學(xué)方程式為：CO2C＋O2。

（2）△H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，所以a=2×745.0×2+6×436.0-（615.0+4×413.4+4×462.8×2）=-375。

（3）根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理結(jié)合如圖1所示，在恒容密閉容器中，隨著氫氣物質(zhì)的量增大，c(H2)增大，平衡正向移動(dòng)，CO2轉(zhuǎn)化率增大，所以A、B、C三點(diǎn)對應(yīng)的體系，CO的轉(zhuǎn)化率最大的是C點(diǎn)。

（4）①由已知，該反應(yīng)正向放熱且氣體分子數(shù)減小，所以升高溫度CO的平衡轉(zhuǎn)化率減小，增大壓強(qiáng)CO的平衡轉(zhuǎn)化率增大，結(jié)合如圖2可得，橫坐標(biāo)x應(yīng)為溫度，S代表壓強(qiáng)，且S1>S2。②已知300℃時(shí)反應(yīng)2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)達(dá)到平衡時(shí)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率為60%，列三段式得：

，因?yàn)槿萜魅莘e為10L，所以各物質(zhì)平衡濃度為：c(H2)=0.08mol/L、c(CO)=0.04mol/L、c(CH3OH)=0.06mol/L，平衡常數(shù)K===234.375；若再向該平衡體系中再加入2molCO、2molH2、2molCH3OH若保持溫度和容器休積不變，則此時(shí)c(H2)=0.28mol/L、c(CO)=0.24mol/L、c(CH3OH)=0.26mol/L，Q==≈13.82<K=234.375，所以平衡會(huì)正向移動(dòng)。

（5）①裝置圖中與電源正極相連的為電解池的陽極，與電源負(fù)極相連的為電解池的陰極，陽極上是氫氧根離子失電子生成氧氣，電極反應(yīng)為4OH--4e-＝2H2O+O2↑，根據(jù)電荷守恒，水電離出的H+與HCO3-反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生CO2，離子方程式為：H++HCO3-=H2O+CO2↑。②HCO3-存在電離平衡：HCO3-H+＋CO32-，陰極H+放電濃度減小，平衡右移，CO32-再生；或者陰極H+放電破壞水的電離平衡，OH-濃度增大，OH-與HCO3-反應(yīng)生成CO32-。