为了实现“碳达峰”和“碳中和”的目标,将CO2转化成可利用的化学能源的“负碳”技术是世界各国关注的焦点。
方法Ⅰ:CO2催化加氢制甲醇。
以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的反应如下:
反应i:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1
反应ii:CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.0kJ•mol-1
反应iii:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)ΔH3=-90.0kJ•mol-1
(1)计算反应i的ΔH1=-49kJ•mol-1-49kJ•mol-1。
(2)一定温度和催化剂条件下,0.73molH2、0.24molCO2和0.03molN2(已知N2不参与反应)在总压强为3.0MPa的密闭容器中进行上述反应,平衡时CO2的转化率、CH3OH和CO的选择性随温度的变化曲线如图所示。
①图中曲线b表示物质 CO2CO2的变化(填“CO2”“CH3OH”或“CO”)。
②上述反应体系在一定条件下建立平衡后,下列说法不正确的有 CDCD(填字母)。
A.降低温度,反应i~iii的正、逆反应速率都减小
B.向容器中再通入少量N2,CO2的平衡转化率下降
C.移去部分H2O(g),反应iii平衡不移动
D.选择合适的催化剂能提高CO2的平衡转化率
E.平衡时CH3OH的体积分数一定小于50%
③某温度下,t1min反应到达平衡,测得容器中CH3OH的体积分数为12.5%。此时用CH3OH的分压表示0-t1时间内的反应速率v(CH3OH)=0.375÷t10.375÷t1MPa•min-1。设此时n(CO)=amol,计算该温度下反应ii的平衡常数Kx=a(a+0.1)(0.14-a)(0.43-a)a(a+0.1)(0.14-a)(0.43-a)(用含有a的代数式表示)。[已知:分压=总压×该组分物质的量分数;对于反应mA(g)+nB(g)⇌pC(g)+qD(g),Kx=xp(C)•xq(D)xm(A)•xn(B),x为物质的量分数。]
方法Ⅱ:CO2电解法制甲醇
利用电解原理,可将CO2转化为CH3OH,其装置如图所示:

(3)双极膜B侧为 阳离子阳离子(填“阴离子”或“阳离子”)交换膜。
(4)TiO2电极上电极反应方程式:CO2+6H++6e-=CH3OH+H2OCO2+6H++6e-=CH3OH+H2O。
方法Ⅲ:CO2催化加氢制低碳烯烃(2~4个C的烯烃)
某研究小组使用Zn-Ga-O/SAPO-34双功能催化剂实现了CO2直接合成低碳烯烃,并给出了其可能的反应历程(如图所示)。H2首先在Zn-Ga-O表面解离成2个H*,随后参与到CO2的还原过程;SAPO-34则催化生成的甲醇转化为低碳烯烃。
注:☐表示氧原子空位,*表示吸附在催化剂上的微粒。
(5)理论上,反应历程中消耗的H*与生成的甲醇的物质的量之比为 6:16:1。
a
(
a
+
0
.
1
)
(
0
.
14
-
a
)
(
0
.
43
-
a
)
a
(
a
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0
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0
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(
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.
43
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x
p
(
C
)
•
x
q
(
D
)
x
m
(
A
)
•
x
n
(
B
)
【答案】-49kJ•mol-1;CO2;CD;0.375÷t1;;阳离子;CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O;6:1
a
(
a
+
0
.
1
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0
.
14
-
a
)
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43
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a
)
【解答】
【点评】
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发布:2024/9/22 1:0:8组卷:69引用:2难度:0.5
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