“液態(tài)陽光”(Liquid Sunshine),即“清潔甲醇”,是指生產(chǎn)過程中碳排放極低或?yàn)榱銜r(shí)制得的甲醇。
Ⅰ.利用太陽能光解水制備的H2與CO2反應(yīng),即可制備清潔燃料甲醇,以助力“碳中和”。CO2加氫制備甲醇的反應(yīng)體系中將發(fā)生以下化學(xué)反應(yīng):
①CO2合成甲醇反應(yīng):CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1
②逆水煤氣變換反應(yīng):CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.17kJ/mol
③CO合成甲醇反應(yīng):CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)ΔH3=-90.18kJ/mol
(1)科學(xué)家研究表明,使用Cu/ZnO/Al2O3催化劑可以顯著提高合成甲醇的效率?;鶓B(tài)Cu的價(jià)層電子排布式為 3d104s13d104s1,Zn元素位于元素周期表 dsds區(qū)。
(2)由CO2與H2合成甲醇的反應(yīng)熱ΔH1=-49.01kJ/mol-49.01kJ/mol。
(3)在不同壓強(qiáng)下,按照n(CO2):n(H2)=1:3進(jìn)行投料,在容器中發(fā)生上述三個(gè)反應(yīng),平衡時(shí),CO和CH3OH在含碳產(chǎn)物(CH3OH和CO)中物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)及CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖所示。
?
①壓強(qiáng)p1、p2、p3由小到大的順序?yàn)?p3<p2<p1p3<p2<p1,曲線 mm(填“m”或“n”)代表CH3OH在含碳產(chǎn)物中物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。
②為同時(shí)提高CO2轉(zhuǎn)化率和甲醇的選擇性,請(qǐng)寫出一條可以采取的措施:適當(dāng)降低溫度,增大壓強(qiáng)適當(dāng)降低溫度,增大壓強(qiáng)。
(4)在溫度為250℃,體積為2L的密閉容器中,通入1molCO2和3molH2,達(dá)到平衡時(shí),容器中CO2轉(zhuǎn)化率為60%,CO濃度為0.15mol/L,則逆水煤氣變換反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=0.250.25,此時(shí)產(chǎn)物CH3OH的選擇性S(CH3OH)=50%50%
[注:S(CH3OH)=n(CH3OH)n(CH3OH)+n(CO)×100%]。
(5)光催化CO2也可以制備清潔燃料甲醇。銅基納米光催化材料還原CO2的機(jī)理如圖所示,光照時(shí)低能價(jià)帶失去電子并產(chǎn)生空穴(h+,具有強(qiáng)氧化性)。光催化原理與電解原理類似,請(qǐng)寫出高能導(dǎo)帶的電極反應(yīng)式:CO2+6e-+6H+═CH3OH+H2OCO2+6e-+6H+═CH3OH+H2O。
?
S
(
C
H
3
OH
)
=
n
(
C
H
3
OH
)
n
(
C
H
3
OH
)
+
n
(
CO
)
×
100
%
【答案】3d104s1;ds;-49.01kJ/mol;p3<p2<p1;m;適當(dāng)降低溫度,增大壓強(qiáng);0.25;50%;CO2+6e-+6H+═CH3OH+H2O
【解答】
【點(diǎn)評(píng)】
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發(fā)布:2024/9/11 15:0:8組卷:11引用:1難度:0.5
相似題
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1.氫氣最早于16世紀(jì)被人工制取出來,氫氣是一種清潔能源。
(1)利用光伏電池電解水制H2是氫能的重要來源。已知:H-H鍵、O=O鍵、H-O鍵的鍵能依次為436kJ?mol-1、495kJ?mol-1、463kJ?mol-1。則2H2O(g)═2H2(g)+O2(g)△H=
(2)T1℃時(shí),向5L恒容密閉容器中充入0.5molCH4,只發(fā)生反應(yīng)2CH4(g)?C2H4(g)+2H2(g),達(dá)到平衡時(shí),測(cè)得c(C2H4)=2c(CH4),CH4的轉(zhuǎn)化率為
(3)CH4分解時(shí)幾種氣體的平衡分壓(pPa)的對(duì)數(shù)值lgp與溫度的關(guān)系如圖所示。
①T℃時(shí),向一恒容密閉容器中通入一定量的CH4(g)、C2H4(g)和H2(g),只發(fā)生反應(yīng)2CH4(g)?C2H2(g)+3H2(g)ΔH,ΔH
②若只改變一個(gè)反應(yīng)條件使Kp變大,則該條件是
A.減小C2H2的濃度
B.升高溫度
C.增大壓強(qiáng)
D.加入合適的催化劑
(4)工業(yè)上,以KNH2和液氨為電解質(zhì),以石墨為電極,電解液氨制備H2。陽極的電極反應(yīng)式為發(fā)布:2025/1/4 8:0:1組卷:9引用:3難度:0.5 -
2.反應(yīng) 4A(g)+5B(g)?4C(g)+6D(g)在 5L 的密閉容器中進(jìn)行,半分鐘后,C 的物質(zhì)的量增 加了 0.30mol。下列敘述正確的是( )
發(fā)布:2024/12/30 19:30:2組卷:62引用:6難度:0.6 -
3.將等物質(zhì)的量的A、B混合于2L的密閉容器中,發(fā)生如下反應(yīng):3A(g)+B(g)?xC(g)+2D(g),經(jīng)5min后,測(cè)得D的濃度為0.5mol/L,c(A):c(B)=3:5,C的平均反應(yīng)速率為0.1mol/(L?min).求:
(1)此時(shí)A的濃度c(A)=
(2)B的平均反應(yīng)速率v(B)=
(3)x的值為發(fā)布:2024/12/30 19:0:1組卷:163引用:26難度:0.3