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我国对世界郑重承诺:2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。而研发二氧化碳的碳捕提和碳利用技术则是关键。通过各国科技工作者的努力,已经开发出许多将CO2回收利用的技术,其中催化转化法最具应用价值。回答下列问题:
(1)CO2在催化剂作用下可以直接转化为乙二醇和甲醇,但若反应温度过高,乙二醇会深度加氢生成乙醇。(g)+CO2(g)+3H2(g)→HOCH2CH2OH(g)+CH3OH(g)ΔH=-131.9kJ⋅mol-1
HOCH2CH2OH(g)+H2(g)→C2H5OH(g)+H2O(g)ΔH=-94.8kJ⋅mol-1
获取乙二醇的反应历程可分为如下2步:
Ⅰ.(g)+CO2(g)→(g)  ΔH=-60.3kJ⋅mol-1
Ⅱ.EC加氢生成乙二醇与甲醇
①步骤Ⅱ的热化学方程式是
(g)+3H2(g)→HOCH2CH2OH(g)+CH3OH(g)△H=-71.6kJ/mol
(g)+3H2(g)→HOCH2CH2OH(g)+CH3OH(g)△H=-71.6kJ/mol

②研究反应温度对EC加氢的影响(反应时间均为4小时),实验数据见下表:
反应温度/℃ EC转化率/% 乙二醇产率/%
160 23.8 23.2
180 62.1 60.9
200 99.9 94.7
220 99.9 92.4
由表可知,温度越高,EC的转化率越高,原因是
温度越高,反应速率越快,反应相同的时间转化的EC的量越多,故导致EC的转化率越高
温度越高,反应速率越快,反应相同的时间转化的EC的量越多,故导致EC的转化率越高
。温度升高到220℃时,乙二醇的产率反而降低,原因是
温度升高到220℃时,乙二醇深度加氢生成了乙醇,导致EC的转化率保持不变,而乙二醇的产率反而降低
温度升高到220℃时,乙二醇深度加氢生成了乙醇,导致EC的转化率保持不变,而乙二醇的产率反而降低

(2)多晶Cu是目前唯一被实验证实能高效催化CO2还原为烃类(如C2H4)的金属。如图1所示,电解装置中分别以多晶Cu和Pt为电极材料,用阴离子交换膜分隔开阴、阳极室,反应前后KHCO3浓度基本保持不变,温度控制在10℃左右,生成C2H4的电极反应式为
14CO2+12e-+8H2O=C2H4+12
HCO
-
3
14CO2+12e-+8H2O=C2H4+12
HCO
-
3

(3)CO2与H2反应如果用Co/C作为催化剂,可以得到含有少量甲酸的甲醇。为研究催化剂的催化效率,将Co/C催化剂循环使用,相同条件下,随着循环使用次数的增加,甲醇产量如图2所示,试准测甲醇产量变化的原因:
反应产生的甲酸腐蚀催化剂,使催化剂活性降低
反应产生的甲酸腐蚀催化剂,使催化剂活性降低
。(已知Co的性质与Fe相似)

【答案】(g)+3H2(g)→HOCH2CH2OH(g)+CH3OH(g)△H=-71.6kJ/mol;温度越高,反应速率越快,反应相同的时间转化的EC的量越多,故导致EC的转化率越高;温度升高到220℃时,乙二醇深度加氢生成了乙醇,导致EC的转化率保持不变,而乙二醇的产率反而降低;14CO2+12e-+8H2O=C2H4+12
HCO
-
3
;反应产生的甲酸腐蚀催化剂,使催化剂活性降低
【解答】
【点评】
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发布:2024/4/20 14:35:0组卷:28引用:3难度:0.6
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  • 1.氢在地球上主要以化合态的形式存在,是宇宙中分布最广泛的物质,它构成了宇宙质量的75%,属于二次能源.工业上生产氢的方式很多,常见的有水电解制氢,煤炭气化制氢,重油及天然气水蒸气催化制氢等.氢气是一种理想的绿色能源,如图1为氢能产生和利用的途径:

    (1)图1的四个过程中能量转化形式有
     

    A.2种  B.3种  C.4种  D.4种以上
    (2)电解过程要消耗大量的电能,而使用微生物作催化剂在阳光下也能分解水.
    2H2O(1)
    通电
    2H2(g)+O2(g)△H 1      2H2O(1)
    光照
    催化剂
    2H2(g)+O2(g)△H2   
    以上反应的△H1
     
    △H2(选填“<”、“>”或“=”)
    (3)已知H2O(l)→H2O(g)△H=+44kJ.mol-1,依据图2能量变化写出氢气燃烧生产液态水的热化学方程式
     

    (4)氢能利用需要选择合适的储氢材料.
    ①NaBH4是一种重要的储氢载体,能与水反应生成NaBO2,且反应前后B的化合价不变,该反应的化学方程式为
     

    ②镧镍合金在一定条件下可吸收氢气生产氢化物:LaNi3(s)+3H2(g)═LaNi3H6(s)△H<0,欲使LaNi3H6(s)释放出气态氢,根据平衡移动的原理,可改变的条件之一是
     

    ③一定条件下,如图3所示装置可实现有机物的电化学储氢,使C7H8转化为C7H14,则电解过程中产生的气体X 为
     
    ,电极A上发生的电极反应式为
     

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