甲醇是一種基本的有機化工原料,用途十分廣泛。應用CO
2催化加氫規(guī)模化生產甲醇是綜合利用CO
2,實現(xiàn)“碳達峰”的有效措施之一。我國科學家研究發(fā)現(xiàn)二氧化碳電催化還原制甲醇的反應CO
2(g)+3H
2(g)=CH
3OH(g)+H
2O(g)ΔH,需通過以下兩步實現(xiàn):
Ⅰ.CO
2(g)+H
2(g)=CO(g)+H
2O(g)ΔH
1Ⅱ.CO(g)+2H
2(g)=CH
3OH(g)ΔH
2(1)反應過程中各物質的相對能量變化情況如圖所示。
ΔH
2=
-90kJ/mol
-90kJ/mol
。
(2)若CO
2(g)+3H
2(g)=CH
3OH(g)+H
2O(g)ΔS=-175J?mol
-1?K
-1,下列溫度下反應能自發(fā)進行的是
A
A
(填序號)。
A.5℃
B.10℃
C.50℃
D.500℃
(3)恒壓下,分別向無分子篩膜和有分子篩膜(能選擇性分離出H
2O)的兩個同體積容器中通入1molCO
2和3molH
2,甲醇的產率隨溫度的變化如圖所示。溫度相同時,有分子篩膜的容器中甲醇的產率大于無分子篩膜的原因為
分子篩膜能不斷分離出H2O(g),有利于反應正向進行
分子篩膜能不斷分離出H2O(g),有利于反應正向進行
。
(4)按照n(CO
2):n(H
2)=1:3投料,在恒容密閉容器中進行反應,CO
2的平衡轉化率隨溫度和壓強變化如圖所示。
①壓強P
1、P
2、P
3由大到小的順序是
P3>P2>P1
P3>P2>P1
。
②壓強為P
2時,溫度高于670℃之后,隨著溫度升高平衡轉化率增大的原因是
ΔH1>0,ΔH2<0,升高溫度,反應Ⅰ正向移動,反應Ⅱ逆向移動,670℃之后,反應Ⅰ起主導作用,CO2的平衡轉化率增大
ΔH1>0,ΔH2<0,升高溫度,反應Ⅰ正向移動,反應Ⅱ逆向移動,670℃之后,反應Ⅰ起主導作用,CO2的平衡轉化率增大
。
③同時增大CO
2的平衡轉化率和CH
3OH的產率可采取的措施是
增大壓強
增大壓強
。
④一種應用雙極膜(由陽離子和陰離子交換膜構成)通過電化學還原CO
2制備甲醇的電解原理如圖所示。催化電極的電極反應式為
,雙極膜內每消耗18g水,理論上石墨電極產生標準狀況下
5.6
5.6
LO
2。