Question

【題目】“一帶一路”為中國化工企業開辟了新的國際市場，而能源、資源整合及環境治理是保駕護航的基礎。

Ⅰ.在能源領域，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。其工藝流程如下圖所示:

（1）在合成塔中，若有4400gCO2與足量H2完企反應，生成氣態的H2O和氣態甲醇，可放出5370kJ的熱量，寫出該反應的熱化學方程式__________。

（2）一定條件下，向2L恒容密閉容器中充入1molCO2和3molH2,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:

①催化劑效果最佳的反應是__________(填“反應I”，“反應II”，“反應III”)。

②b點v (正)______ v (逆)(填 “>”， “<”， “=”)。

③c點時該反應的平衡常數K =_________。（寫單位）

Ⅱ.環境治理中，安裝汽車尾氣催化轉化器的反應是:2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g)ΔH<0

（3）溫度升高K值_______（填“增大”或“減小”）

（4）若反應在恒容的密閉體系中進行，下列示意圖正確且能說明反應在進行到t1時刻達到平衡狀態的是____________。

（5）下列所示裝置可以在吸收SO2的同時，用陰極排出的溶液吸收NO2，(電極均為惰性電極)

a極為______極（填“陰”、“陽”)，b極的電極反應式為_________，結合電極反應式簡述該裝置能吸收SO2的原理：__________。

Answer 1

【答案】 CO2(g)+ 3H2(g) H2O(g)+ CH3OH(g) ΔH=- 53.7kJ/mol 反應I > K=16/3(L/mol)2 減小 bd 陽 2HSO3-+2e-+2H+= S2O42-+2H2O SO2在a極發生氧化反應,電極反應式: SO2-2e-+2H2O=4H++SO42-,H+通過陽離子交換膜進入b極室

【解析】I. (1). 1mol二氧化碳反應時放出的熱量為：5370kJ×=53.7kJ，則該反應的熱化學方程式為：CO2(g)+ 3H2(g) H2O(g)+ CH3OH(g) ΔH=－53.7kJ/mol，故答案為：CO2(g)+ 3H2(g) H2O(g)+ CH3OH(g) ΔH=－53.7kJ/mol；

(2). ①. 據圖可知，反應I在較低溫度T3時CO2就達到了80%的轉化率，則催化劑效果最佳的是反應I，故答案為：反應I；

②. T3時的b點，反應尚未達到最大限度，則v (正)＞v (逆)，故答案為：＞；

③. c點時，根據三段式法有：

CO2(g)+ 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)

起始濃度（mol/L） 0.5 1.5 0 0

轉化濃度（mol/L）0.5× 1.5× 0.5× 0.5×

平衡濃度（mol/L）0.5× 1.5× 0.5× 0.5×

在溫度為T5時，該反應的平衡常數K== = (L/mol)2，故答案為：K= (L/mol)2；

II. (3). 該反應的ΔH<0，為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，K值減小，故答案為：減小；

(4). a. t1時刻正反應速率最大，之后隨反應的進行正反應速率減小，說明t1時刻未達到平衡狀態，故a錯誤；b. 該反應正向為氣體減少的反應，隨著反應的進行，體逐漸減少，壓強逐漸減小，t1時刻壓強不再改變，說明反應達到了平衡狀態，故b正確；c. t1時刻時CO2和CO的物質的量相等，但t1時刻后，二者的物質的量發生變化，說明t1時刻未達到平衡狀態，故c錯誤；d. 隨著反應的進行，NO質量分數逐漸減小，t1時刻不再改變，說明反應達到平衡狀態，故d正確；答案為：bd；

(5). 因陽極發生氧化反應，則陽極上發生的是二氧化硫被氧化為硫酸根離子的反應，所以a為陽極，陽極上發生的電極反應式為：SO2-2e-+2H2O=4H++SO42－，b為陰極，在陰極上，亞硫酸氫根離子得電子生成S2O42-，電極反應式為：2HSO3-+2e-+2H+= S2O42-+2H2O，根據上述分析可知，SO2在a極發生氧化反應，電極反應式為SO2-2e-+2H2O=4H++SO42－，H+通過陽離子交換膜進入b極室參與陰極反應，故答案為: 陽；2HSO3-+2e-+2H+= S2O42-+2H2O；SO2在a極發生氧化反應，電極反應式：SO2-2e-+2H2O=4H++ SO42－，H+通過陽離子交換膜進入b極室。