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温室气体CO2转化为甲酸(HCOOH)既具有经济技术意义,又具有环保意义,以CO2为碳源制备HCOOH已成为一碳化学研究的热点。
(1)CO2直接加氢法:将n(CO2):n(H2)=1:4的混合气体充入某密闭容器中,在一定温度下,同时发生反应1和反应2。
已知:反应1:CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH1>0
反应2:CO2 (g)+H2 (g)⇌HCOOH (g)   ΔH2
①ΔH2
 0 (填“>”“<”)。
②在不同温度、压强下,测得相同时间内CO2的转化率如图所示。0.1MPa时,在600℃之后CO2的转化率随温度升高而增大的主要原因是
反应1的正反应是吸热反应,反应2的正反应是放热反应;600℃之后,随着温度升高,反应1正向进行的程度增大,反应2向逆反应方向进行,且相同时间内反应1消耗CO2的量大于反应2生成CO2的量
反应1的正反应是吸热反应,反应2的正反应是放热反应;600℃之后,随着温度升高,反应1正向进行的程度增大,反应2向逆反应方向进行,且相同时间内反应1消耗CO2的量大于反应2生成CO2的量


(2)CO2催化加氢法:
用Ir(Ⅲ)-PNP配合物(物质3)催化氢化CO2得到HCOO-,其循环机理如图所示。请从化学键的断裂与形成的角度描述催化氢化CO2生成HCOO-的过程:
催化剂断裂Ir-H、二氧化碳断裂C=O键中的π键,两者发生加成反应生成了中间体2,形成了Ir-O和C-H;中间体2断裂Ir-O键和Ir-H,生成了HCOOH,HCOOH与OH-发生中和反应产生HCOO-、H2O
催化剂断裂Ir-H、二氧化碳断裂C=O键中的π键,两者发生加成反应生成了中间体2,形成了Ir-O和C-H;中间体2断裂Ir-O键和Ir-H,生成了HCOOH,HCOOH与OH-发生中和反应产生HCOO-、H2O


(3)电解法可将CO2转化为甲酸(HCOOH)或甲酸盐。某电解装置如图所示。
①写出Pt电极上的电极反应式:
4
HCO
-
3
-4e-=O2↑+2CO2↑+2H2O
4
HCO
-
3
-4e-=O2↑+2CO2↑+2H2O


②依据图中反应历程数据,采用上述装置电解催化CO2,为了减少副产物H2的生成,可采取的措施是
降低电压,在较小电流作用下进行电解
降低电压,在较小电流作用下进行电解


③依据图中反应历程数据,判断电解催化CO2生成CO的选择性
低于
低于
(填“高于”或“低于”)生成HCOOH的选择性,理由是:
生成生成CO的活化能高,反应发生需要消耗的能量高,反应更难进行
生成生成CO的活化能高,反应发生需要消耗的能量高,反应更难进行

【答案】<;反应1的正反应是吸热反应,反应2的正反应是放热反应;600℃之后,随着温度升高,反应1正向进行的程度增大,反应2向逆反应方向进行,且相同时间内反应1消耗CO2的量大于反应2生成CO2的量;催化剂断裂Ir-H、二氧化碳断裂C=O键中的π键,两者发生加成反应生成了中间体2,形成了Ir-O和C-H;中间体2断裂Ir-O键和Ir-H,生成了HCOOH,HCOOH与OH-发生中和反应产生HCOO-、H2O;4
HCO
-
3
-4e-=O2↑+2CO2↑+2H2O;降低电压,在较小电流作用下进行电解;低于;生成生成CO的活化能高,反应发生需要消耗的能量高,反应更难进行
【解答】
【点评】
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发布:2024/6/27 10:35:59组卷:27引用:1难度:0.5
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    (1)如图1是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线.
    ①T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1
    K2(填“>”、“<”或“=”).
    ②以下有关说法正确的是
     

    a.恒温、恒容条件下,容器内的压强不发生变化则可逆反应达到平衡
    b.一定条件下,H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍时可逆反应达到平衡
    c.使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间并提高CH3OH的产率
    d.某温度下,将2molCO和6molH2充入2L的密闭容器中,充分反应,达到平衡后,测得c(CO)=0.2mol/L,则CO的转化率为80%
    (2)已知在常温常压下①2CH3OH(1)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=-akJ•mol-1
    ②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-bkJ•mol-1③H2O(g)=H2O(1)△H=-ckJ•mol-1
    则:CH3OH(1)+O2(g)=CO(g)+2H2O(1)△H=
     
    kJ•mol-1
    (3)2009年10月,中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破,组装出了自呼吸电池及主动式电堆.甲醇燃料电池的工作原理如图2所示.
    ①该电池正极的电极反应式为
     

    ②工作一段时间后,当6.4g甲醇完全反应生成CO2时,有
     
    个电子发生转移.
    (4)以上述电池做电源,用图3所示装置,在实验室中模拟铝制品面“钝化”处理的过程中,发现溶液逐渐变浑浊,原因是
     
     
    (用相关的电极反应式和离子方程式表示)

    发布:2024/12/30 14:0:1组卷:26引用:3难度:0.5
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