我国科学者突破二氧化碳人工合成淀粉技术,具有划时代的意义。其中关键的一步是将二氧化碳在双金属固溶体氧化物催化剂ZnO-ZrO2下变成甲醇。由CO2制备甲醇过程可能涉及反应如下:
反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1
反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)ΔH2>0
试回答下列问题:
(1)CO2和H2合成甲醇(反应Ⅰ)的反应历程如图甲所示,其中吸附在催化剂表面上的物种用“*”标注。

反应Ⅰ的ΔH1<<0(填“>”或“<”);该历程中最小能垒(活化能)步骤的化学方程式为 CH2O*+OH*+3H*→CH3O*+OH*+2H*CH2O*+OH*+3H*→CH3O*+OH*+2H*。
(2)在一定条件下2L恒容密闭容器中,充入3molH2和1.5molCO2仅发生反应工,实验测得不同反应温度与体系中CO2的平衡转化率的关系如表所示:
温度(℃) | 500 | T |
CO2的平衡转化率(%) | 70 | 60 |
>
>
(填“>”或“<”)500℃;温度为T℃时,反应Ⅰ的平衡常数K=200
200
。(3)起始时n(CO2):n(H2)=1:10,维持恒压36MPa时,甲醇的选择性(生成甲醇所用的含碳反应物的物质的量与总消耗的含碳反应物的物质的量的比值)、CO2的转化率、CO的选择性(生成CO所用的含碳反应物的物质的量与总消耗的含碳反应物的物质的量的比值)随温度(T)变化如图乙所示。温度高于260℃时,随温度升高,CO2的转化率提高而甲醇的选择性降低。试分析其原因为
升高温度,反应Ⅰ平衡逆向移动,甲醇的选择性降低,反应Ⅱ平衡正向移动,且温度对反应Ⅱ的影响程度大于反应Ⅰ,所以二氧化碳的转化率增大
升高温度,反应Ⅰ平衡逆向移动,甲醇的选择性降低,反应Ⅱ平衡正向移动,且温度对反应Ⅱ的影响程度大于反应Ⅰ,所以二氧化碳的转化率增大
。
(4)另有科学者利用电解法将CO2转化为甲醇的原理如图丙所示,写出电极b上发生的电极反应式:
CO2+6HCO3-+6e-=CH3OH+6CO32-+H2O
CO2+6HCO3-+6e-=CH3OH+6CO32-+H2O
。【考点】化学平衡的计算.
【答案】<;CH2O*+OH*+3H*→CH3O*+OH*+2H*;>;200;升高温度,反应Ⅰ平衡逆向移动,甲醇的选择性降低,反应Ⅱ平衡正向移动,且温度对反应Ⅱ的影响程度大于反应Ⅰ,所以二氧化碳的转化率增大;CO2+6HCO3-+6e-=CH3OH+6CO32-+H2O
【解答】
【点评】
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发布:2024/6/27 10:35:59组卷:13引用:2难度:0.5
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