文章編號:1005-6629(2010)05-0064-04 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B

胡錦濤主席在2009 年9 月22 日紐約舉行的聯(lián)合國氣候變化峰會開幕式上，承諾中國爭取到2020年時單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年有顯著下降，爭取到2020年非化石能源占一次能源消費比重達到15 %左右，積極發(fā)展低碳經(jīng)濟和循環(huán)經(jīng)濟。為了緩解由CO2累積所產(chǎn)生的溫室效應，實現(xiàn)CO2的良性循環(huán)，近年來在CO2的傳統(tǒng)應用研究基礎(chǔ)上，CO2合成精細化學品、高分子材料以及電、光、生物轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域的研究也有所進展，部分研究成果已達到工業(yè)化水平。筆者原創(chuàng)了一組有關(guān)CO2吸收和利用的試題，目的是展示CO2的最新研究進展，解讀新碳源、低碳經(jīng)濟等熱點問題。

1 CO2的吸收

吸收CO2最常用的方法有溶劑吸收法、吸附法、低溫分離法等。近年來，研究開發(fā)出了許多經(jīng)濟可行的新方法，如電化學法、膜分離法、化學循環(huán)燃燒法、酶法、光生物合成法、催化劑法等。

[第1題]氫氧化鋰是空間飛船、潛艇和水下呼吸器中呼吸氣體凈化系統(tǒng)中所用的材料，但用LiOH為吸收劑的非再生式生保技術(shù)來消除航天員在航天飛行任務(wù)中生理代謝產(chǎn)生的CO2，LiOH的供給負擔十分沉重?？蒲泄ぷ髡邍L試用金屬氧化物法去除CO2，其原理是用金屬氧化物吸收酸性的CO2氣體，而升溫時此反應逆向進行，可完成金屬氧化物的再生。因此，在對裝置體積有嚴格限制的條件下，該法具有非常明顯的優(yōu)勢。閱讀以上材料，判斷以下說法正確的是:

A.選用氫氧化鋰而不用氫氧化鈉作吸收劑的主要原因是氫氧化鋰堿性較弱，可減少對凈化系統(tǒng)的腐蝕;

B.在金屬氧化物法的選擇上，Na2O較Ag2O有優(yōu)勢，因Na2O吸收CO2的能力較強。

C. 如以ZnO為金屬氧化物，吸收CO2時反應方程式為: ZnO(s)+CO2(g)=ZnCO3(s)。由相關(guān)信息，可判斷該反應的△S<0， △H<0。

D. 金屬氧化物法吸收CO2的優(yōu)點除吸收容量較高外，還可以消除水蒸汽。

[解析]A項，選用氫氧化鋰而不用氫氧化鈉作吸收劑的主要原因是氫氧化鋰式量小，等質(zhì)量時吸收CO2容量大;B項，在金屬氧化物法的選擇上，Na2O無優(yōu)勢，因Na2O吸收CO2生成的碳酸鈉不易分解;C項，反應ZnO(s)+CO2(g)=ZnCO3(s)體積縮小， △S<0， 試題信息:升溫時此反應逆向進行，表明該反應放熱，△H<0。D項，金屬氧化物法吸收CO2的優(yōu)點除吸收容量較高外，還可以與水反應生成堿，消除水蒸汽。選C、D。

[第2題] 醇胺法吸收煤燃燒煙道氣中的CO2的研究近年十分活躍，最有希望在工業(yè)上實施。該法最常用的吸收劑是15 %～25 %的NH(CH2CH2OH)2(二乙醇胺)水溶液。當吸收劑吸收CO2后，加熱可以使CO2從溶液中逸出并使吸收劑再生。以下說法不正確的是:

A. 煙道氣指含碳燃料燃燒時所產(chǎn)生而從煙道或煙囪出來的氣體。一般含有水蒸氣、二氧化碳、氮氣、氧氣，可能還有一氧化碳和少量烴等其他氣體。

B. 二乙醇胺含有的-NH-基、羥基使其水溶性增加，而-NH-基則使其水溶液顯堿性，因而可與酸性氣體CO2反應。

C.可能發(fā)生的反應之一:CO2+NH(CH2CH2OH)2+H2O=[NH2(CH2CH2OH)2]++HCO3-

D. 吸收劑的熱分解和被氧化以及因大量氣體通過吸收劑引起的蒸發(fā)使吸收劑造成損失，這些損失都是不可逆的。

[解析]可用水洗滌凈化后的氣體來回收蒸發(fā)損失的醇胺。選D。

[第3題]德國研究人員提出了使用氫和汽油混合燃料的方案，以解決汽車尾氣的排放問題。該方案主分利用儲氫材料MgH2產(chǎn)生H2和用汽油箱貯存汽油供發(fā)動機使用，儲氫系統(tǒng)又捕集汽油(汽油化學式用C8H18表示)燃燒產(chǎn)生的CO2，該系統(tǒng)反應如圖1:

解決如下問題:

1. 寫出反應1的方程式:________________;

2. 如該系統(tǒng)反應均進行完全，試寫出該系統(tǒng)總的反應式_________________________;

3. 市售97號汽油的密度為0.737 g·mL-1，如該系統(tǒng)反應均進行完全，試計算所加MgH2質(zhì)量(以kg為單位)與97號汽油的體積(以L為單位)的比值。

4. 該方案的關(guān)鍵技術(shù)是儲氫材料MgH2的再生。一般通過6步反應實現(xiàn)，請你補齊其中的一些轉(zhuǎn)化步驟。

(1)MgCO3分解產(chǎn)生MgO

(2)將MgO轉(zhuǎn)化為MgCl2

(3)__________________________

(4)H2和Cl2化合生成HCl

(5)__________________________

(6)金屬加氫產(chǎn)生MgH2

總的再生反應是MgCO3+C+H2O=MgH2+2CO2

[解析]

1. 由題意知: A應為Mg(OH)2，B應為H2。 故反應1為: MgH2+2H2O=Mg(OH)2+2H2。

2. 如該系統(tǒng)反應均進行完全， 最終將生成MgCO3和H2O，故該系統(tǒng)總的反應式為:

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

3. 由第2小題知，MgH2與C8H18的物質(zhì)的量之比為8∶1，轉(zhuǎn)化為所加MgH2質(zhì)量(以kg為單位)與97號汽油的體積(以L為單位)的比值為1.00 kg∶5.95 L。

4. 由再生總反應知:有C的參與，同時MgCl2要轉(zhuǎn)化得到金屬Mg。 故轉(zhuǎn)化步驟必須有(調(diào)換也可): ⑶ C與水反應生成CO和H2;⑸電解熔融 MgCl2得到Mg。

2 CO2的利用

近年來有人嘗試研究用CO2來合成各種烴、醇、酸、酯、胺類、高聚物，以及在生物、電化學上的應用等。

[第4題]不飽和內(nèi)酯是各種殺菌劑、殺蟲劑、添加劑、高分子改性劑、增塑劑、溶劑、醫(yī)藥品的原料或中間體，合成不飽和內(nèi)酯已引起人們極大的興趣。以下是利用CO2合成一種不飽和內(nèi)酯的反應方程式:

酯類物質(zhì)，酯基不能加成H2，只有碳碳雙鍵可與H2發(fā)生加成反應，反應的物質(zhì)的量比為1∶2。選B。

[第5題]為解決CO2的排放問題，荷蘭嘗試將電力和氫的生產(chǎn)同CO2的去除有機結(jié)合起來，把煤的氣化同燃料電池電站一體化，即所謂的IGMCFC工廠。其核心技術(shù)是發(fā)展用于分離H2/CO2的分離膜和固體碳酸鹽燃料電池。工作流程是:首先將煤氣化產(chǎn)生的CO和H2(1∶1體積比)經(jīng)凈化后送入碳酸鹽電池的負極，負極排出的氣體(以CO2為主，含少量CO和H2)送入CO轉(zhuǎn)化器，用水蒸氣將CO轉(zhuǎn)化為CO2，隨后用分離膜將H2和CO2分離。H2返回電池，大部分CO2經(jīng)脫水后壓縮，少部分CO2同空氣混合后送入正極， 反應后直接排放。 圖2是IGMCFC電廠所用熔融碳酸鹽電池示意圖。對該熔融碳酸鹽電池的描述正確的是:

A. 該電池的總反應是:2CO+O2=2CO2

B. 該電池的正極反應是:2CO2+O2+4e-=2CO32-

C. 該電池因采用懸浮在惰性陶瓷氧化鋁和氧化鋰混合基質(zhì)中的熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，故該電池的工作溫度較高。

D.分離膜的研究方向之一是通過分離氣體分子大小或膜對分離氣體的吸附能力的差異進行研制，良好的分離膜應具有高選擇性、高滲透性、高溫化學穩(wěn)定性好及維護費用和能耗低的優(yōu)點。

[解析]觀察熔融碳酸鹽電池示意圖，結(jié)合電化學知識，可知該電池的正極反應是:2CO2+O2+4e-=2CO32-， 體積比為1∶1的CO和H2參與反應，該電池的總反應為: H2+CO+O2=CO2+H2O，負極反應是:H2+CO+2CO32-4e-=3CO2+H2O。選A。

3 低碳經(jīng)濟

低碳經(jīng)濟是以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的經(jīng)濟模式。實質(zhì)是能源高效利用、清潔能源開發(fā)、追求綠色GDP的問題，核心是能源技術(shù)和減排技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和制度創(chuàng)新以及人類生存發(fā)展觀念的根本性轉(zhuǎn)變。

[第6題] 2008 年7 月，G8峰會上八國表示將尋求共同達成到2050 年把全球溫室氣體排放減少50 %的長期目標。應對全球氣候變化，應盡快發(fā)展低碳經(jīng)濟，并著手開展技術(shù)攻關(guān)和試點研究。下列說法不能被認可的是

A. 發(fā)展低碳經(jīng)濟應統(tǒng)籌高能耗、高排放企業(yè)的建設(shè)。

B.“低碳經(jīng)濟”的理想形態(tài)是充分發(fā)展“陽光經(jīng)濟”、“風能經(jīng)濟”、“氫能經(jīng)濟”、“生物質(zhì)能經(jīng)濟”等新能源經(jīng)濟形式。

C.“低碳經(jīng)濟”以研發(fā)無能耗無污染經(jīng)濟為最終目標。

D.應引導公眾充分發(fā)掘服務(wù)業(yè)和消費生活領(lǐng)域節(jié)能減排的巨大潛力。

[解析]不可能出現(xiàn)無能耗經(jīng)濟。選C。