10.將二氧化碳轉(zhuǎn)化為高附加值碳基燃料可有效減少碳排放。
二氧化碳加氫制甲醇[CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)]引起了科學(xué)界和工業(yè)界的極大興趣。請回答下列問題。
?(1)相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如表所示:
化學(xué)鍵 |
H-H |
C=O |
H-O |
C-H |
C-O |
E(kJ/mol) |
436 |
745 |
465 |
413 |
351 |
寫出二氧化碳催化加氫制甲醇的熱化學(xué)方程式
。
(2)采用真空封管法制備磷化硼納米顆粒,成功的實現(xiàn)了高選擇性電催化還原CO
2制備甲醇,該反應(yīng)歷程如圖1所示。
①該過程產(chǎn)生的副產(chǎn)物有
。
②上述合成甲醇的反應(yīng)速率較慢,要使反應(yīng)速率加快,需要降低某步驟的能量變化,寫出該基元反應(yīng)的化學(xué)方程式:
。
(3)一定條件下,往2L恒容密閉容器中充入1molCO
2和3molH
2,在不同催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)Ⅰ、反應(yīng)Ⅱ與反應(yīng)Ⅲ制備甲醇,測得5min時CO
2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如圖2所示:
①T
4溫度下,反應(yīng)Ⅱ在0~5min內(nèi)平均反應(yīng)速率v(H
2)=
。
②同一物質(zhì)b點對應(yīng)的正反應(yīng)速率v(正)
(填“>”“<”或“=”)c點對應(yīng)逆反應(yīng)速率v(逆)。
(4)向另一恒容密閉容器中按CO
2和H
2物質(zhì)的量1:3投料,總物質(zhì)的量為amol,在有催化劑的密閉容器中進行以下反應(yīng):
主反應(yīng):CO
2(g)+3H
2(g)?CH
3OH(g)+H
2O(g) ΔH
1副反應(yīng):CO
2(g)+H
2(g)?CO(g)+H
2O(g)ΔH
2>0
測得CO
2平衡轉(zhuǎn)化率、CH
3OH和CO選擇性[轉(zhuǎn)化的CO
2中生成CH
3OH或CO的百分比,如:CH
3OH選擇性=
]隨溫度、壓強變化情況分別如圖3、圖4所示:
①如圖3,240℃以上,隨著溫度升高,CO
2的平衡轉(zhuǎn)化率增大,而CH
3OH的選擇性降低。分析其原因:
。
②如圖4,溫度為T
1℃時,三條曲線幾乎交于一點,分析其原因:
。
③250℃時,在容積為VL的容器中,主反應(yīng)和副反應(yīng)均達到化學(xué)平衡,CO
2轉(zhuǎn)化率為25%,CH
3OH和CO選擇性均為50%,則該溫度下副反應(yīng)的平衡常數(shù)為
。
(5)研究表明,在電解質(zhì)水溶液中,Li-CO
2電池中的CO
2氣體可被還原,而CO
2在堿性介質(zhì)中被還原為正丙醇 (CH
3CH
2CH
2OH),其電極反應(yīng)式為
。