一组有关二氧化碳吸收和利用的原创试题

文章编号:1005-6629(2010)05-0064-04 中图分类号:G633.8 文献标识码:B

主席在2009 年9 月22 日纽约举行的联合国气候变化峰会开幕式上,承诺中国争取到2020年时单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年有显著下降,争取到2020年非化石能源占一次能源消费比重达到15 %左右,积极发展低碳经济和循环经济。为了缓解由CO2累积所产生的温室效应,实现CO2的良性循环,近年来在CO2的传统应用研究基础上,CO2合成精细化学品、高分子材料以及电、光、生物转化等领域的研究也有所进展,部分研究成果已达到工业化水平。笔者原创了一组有关CO2吸收和利用的试题,目的是展示CO2的最新研究进展,解读新碳源、低碳经济等热点问题。

1 CO2的吸收

吸收CO2最常用的方法有溶剂吸收法、吸附法、低温分离法等。近年来,研究开发出了许多经济可行的新方法,如电化学法、膜分离法、化学循环燃烧法、酶法、光生物合成法、催化剂法等。

[第1题]氢氧化锂是空间飞船、潜艇和水下呼吸器中呼吸气体净化系统中所用的材料,但用LiOH为吸收剂的非再生式生保技术来消除航天员在航天飞行任务中生理代谢产生的CO2,LiOH的供给负担十分沉重。科研工作者尝试用金属氧化物法去除CO2,其原理是用金属氧化物吸收酸性的CO2气体,而升温时此反应逆向进行,可完成金属氧化物的再生。因此,在对装置体积有严格限制的条件下,该法具有非常明显的优势。阅读以上材料,判断以下说法正确的是:

A.选用氢氧化锂而不用氢氧化钠作吸收剂的主要原因是氢氧化锂碱性较弱,可减少对净化系统的腐蚀;

B.在金属氧化物法的选择上,Na2O较Ag2O有优势,因Na2O吸收CO2的能力较强。

C. 如以ZnO为金属氧化物,吸收CO2时反应方程式为: ZnO(s)+CO2(g)=ZnCO3(s)。由相关信息,可判断该反应的S

D. 金属氧化物法吸收CO2的优点除吸收容量较高外,还可以消除水蒸汽。

[解析]A项,选用氢氧化锂而不用氢氧化钠作吸收剂的主要原因是氢氧化锂式量小,等质量时吸收CO2容量大;B项,在金属氧化物法的选择上,Na2O无优势,因Na2O吸收CO2生成的碳酸钠不易分解;C项,反应ZnO(s)+CO2(g)=ZnCO3(s)体积缩小, S

[第2题] 醇胺法吸收煤燃烧烟道气中的CO2的研究近年十分活跃,最有希望在工业上实施。该法最常用的吸收剂是15 %～25 %的NH(CH2CH2OH)2(二乙醇胺)水溶液。当吸收剂吸收CO2后,加热可以使CO2从溶液中逸出并使吸收剂再生。以下说法不正确的是:

A. 烟道气指含碳燃料燃烧时所产生而从烟道或烟囱出来的气体。一般含有水蒸气、二氧化碳、氮气、氧气,可能还有一氧化碳和少量烃等其他气体。

B. 二乙醇胺含有的-NH-基、羟基使其水溶性增加,而-NH-基则使其水溶液显碱性,因而可与酸性气体CO2反应。

C.可能发生的反应之一:CO2+NH(CH2CH2OH)2+H2O=[NH2(CH2CH2OH)2]++HCO3-

D. 吸收剂的热分解和被氧化以及因大量气体通过吸收剂引起的蒸发使吸收剂造成损失,这些损失都是不可逆的。

[解析]可用水洗涤净化后的气体来回收蒸发损失的醇胺。选D。

[第3题]德国研究人员提出了使用氢和汽油混合燃料的方案,以解决汽车尾气的排放问题。该方案主分利用储氢材料MgH2产生H2和用汽油箱贮存汽油供发动机使用,储氢系统又捕集汽油(汽油化学式用C8H18表示)燃烧产生的CO2,该系统反应如图1:

解决如下问题:

1. 写出反应1的方程式:________________;

2. 如该系统反应均进行完全,试写出该系统总的反应式_________________________;

3. 市售97号汽油的密度为0.737 g・mL-1,如该系统反应均进行完全,试计算所加MgH2质量(以kg为单位)与97号汽油的体积(以L为单位)的比值。

4. 该方案的关键技术是储氢材料MgH2的再生。一般通过6步反应实现,请你补齐其中的一些转化步骤。

(1)MgCO3分解产生MgO

(2)将MgO转化为MgCl2

(3)__________________________

(4)H2和Cl2化合生成HCl

(5)__________________________

(6)金属加氢产生MgH2

总的再生反应是MgCO3+C+H2O=MgH2+2CO2

[解析]

1. 由题意知: A应为Mg(OH)2,B应为H2。 故反应1为: MgH2+2H2O=Mg(OH)2+2H2。

2. 如该系统反应均进行完全, 最终将生成MgCO3和H2O,故该系统总的反应式为:

16MgH2+2C8H18+41O2=16MgCO3+34H2O

3. 由第2小题知,MgH2与C8H18的物质的量之比为8∶1,转化为所加MgH2质量(以kg为单位)与97号汽油的体积(以L为单位)的比值为1.00 kg∶5.95 L。

4. 由再生总反应知:有C的参与,同时MgCl2要转化得到金属Mg。 故转化步骤必须有(调换也可): ⑶ C与水反应生成CO和H2;⑸电解熔融 MgCl2得到Mg。

2 CO2的利用

近年来有人尝试研究用CO2来合成各种烃、醇、酸、酯、胺类、高聚物,以及在生物、电化学上的应用等。

[第4题]不饱和内酯是各种杀菌剂、杀虫剂、添加剂、高分子改性剂、增塑剂、溶剂、医药品的原料或中间体,合成不饱和内酯已引起人们极大的兴趣。以下是利用CO2合成一种不饱和内酯的反应方程式:

酯类物质,酯基不能加成H2,只有碳碳双键可与H2发生加成反应,反应的物质的量比为1∶2。选B。

[第5题]为解决CO2的排放问题,荷兰尝试将电力和氢的生产同CO2的去除有机结合起来,把煤的气化同燃料电池电站一体化,即所谓的IGMCFC工厂。其核心技术是发展用于分离H2/CO2的分离膜和固体碳酸盐燃料电池。工作流程是:首先将煤气化产生的CO和H2(1∶1体积比)经净化后送入碳酸盐电池的负极,负极排出的气体(以CO2为主,含少量CO和H2)送入CO转化器,用水蒸气将CO转化为CO2,随后用分离膜将H2和CO2分离。H2返回电池,大部分CO2经脱水后压缩,少部分CO2同空气混合后送入正极, 反应后直接排放。 图2是IGMCFC电厂所用熔融碳酸盐电池示意图。对该熔融碳酸盐电池的描述正确的是:

A. 该电池的总反应是:2CO+O2=2CO2

B. 该电池的正极反应是:2CO2+O2+4e-=2CO32-

C. 该电池因采用悬浮在惰性陶瓷氧化铝和氧化锂混合基质中的熔融碳酸盐为电解质,故该电池的工作温度较高。

D.分离膜的研究方向之一是通过分离气体分子大小或膜对分离气体的吸附能力的差异进行研制,良好的分离膜应具有高选择性、高渗透性、高温化学稳定性好及维护费用和能耗低的优点。

[解析]观察熔融碳酸盐电池示意图,结合电化学知识,可知该电池的正极反应是:2CO2+O2+4e-=2CO32-, 体积比为1∶1的CO和H2参与反应,该电池的总反应为: H2+CO+O2=CO2+H2O,负极反应是:H2+CO+2CO32-4e-=3CO2+H2O。选A。

3 低碳经济

低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式。实质是能源高效利用、清洁能源开发、追求绿色GDP的问题,核心是能源技术和减排技术创新、产业结构和制度创新以及人类生存发展观念的根本性转变。

[第6题] 2008 年7 月,G8峰会上八国表示将寻求共同达成到2050 年把全球温室气体排放减少50 %的长期目标。应对全球气候变化,应尽快发展低碳经济,并着手开展技术攻关和试点研究。下列说法不能被认可的是

A. 发展低碳经济应统筹高能耗、高排放企业的建设。

B.“低碳经济”的理想形态是充分发展“阳光经济”、“风能经济”、“氢能经济”、“生物质能经济”等新能源经济形式。

C.“低碳经济”以研发无能耗无污染经济为最终目标。

D.应引导公众充分发掘服务业和消费生活领域节能减排的巨大潜力。

[解析]不可能出现无能耗经济。选C。

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