CO2的資源化利用是“減少碳排放”背景下的科學(xué)研究熱點(diǎn)。
Ⅰ.利用CO2甲烷化反應(yīng):CO2(g)+4H2(g)?CH4(g)+2H2O(g)進(jìn)行熱力學(xué)轉(zhuǎn)化。
(1)已知:2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=-483.6kJ/mol
CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H=-802kJ/mol
寫出CO2甲烷化反應(yīng)的熱化學(xué)方程式
CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)△H=-165.2kJ/mol
CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)△H=-165.2kJ/mol
。
(2)CO2甲烷化反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式:K=。溫度升高,K 減小
減小
。(填“增大”或“減小”)
(3)在圖1中畫出其他條件不變時(shí),一段時(shí)間內(nèi),壓強(qiáng)對(duì)CO2的轉(zhuǎn)化率的影響示意圖 。
Ⅱ.CO2催化加氫合成二甲醚。其過(guò)程中主要發(fā)生下列反應(yīng):
反應(yīng)?。篊O2(g)+H2(g)═CO(g)+H2O(g)△H=+41.2kJ?mol-1
反應(yīng)ⅱ:2CO2(g)+6H2(g)═CH3OCH3(g)+3H2O(g)△H=-122.5kJ?mol-1
在恒壓、CO2和H2的起始量一定的條件下,CO2平衡轉(zhuǎn)化率和平衡時(shí)CH3OCH3的選擇性隨溫度的變化如圖2所示。
(4)①溫度升高,平衡時(shí)CH3OCH3的選擇性下降的原因是 反應(yīng)ii是放熱反應(yīng),升高溫度,平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),c(CH3OCH3)減少,CH3OCH3的選擇性下降
反應(yīng)ii是放熱反應(yīng),升高溫度,平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),c(CH3OCH3)減少,CH3OCH3的選擇性下降
。
②溫度高于300℃時(shí),CO2平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升的原因是 反應(yīng)i是吸熱反應(yīng),反應(yīng)ii是放熱反應(yīng),升高溫度,有利于反應(yīng)i正向進(jìn)行,使CO2轉(zhuǎn)化為CO的平衡轉(zhuǎn)化率上升,不利于反應(yīng)ii正向進(jìn)行,使CO2轉(zhuǎn)化為CH3OCH3的平衡轉(zhuǎn)化率下降,在溫度高于300℃時(shí),溫度對(duì)反應(yīng)i的影響大于對(duì)反應(yīng)ii的影響
反應(yīng)i是吸熱反應(yīng),反應(yīng)ii是放熱反應(yīng),升高溫度,有利于反應(yīng)i正向進(jìn)行,使CO2轉(zhuǎn)化為CO的平衡轉(zhuǎn)化率上升,不利于反應(yīng)ii正向進(jìn)行,使CO2轉(zhuǎn)化為CH3OCH3的平衡轉(zhuǎn)化率下降,在溫度高于300℃時(shí),溫度對(duì)反應(yīng)i的影響大于對(duì)反應(yīng)ii的影響
。
Ⅲ.電化學(xué)轉(zhuǎn)化
多晶Cu可高效催化CO2甲烷化,電解CO2制備CH4的原理示意圖如圖3。電解過(guò)程中溫度控制在10℃左右,持續(xù)通入CO2.陰、陽(yáng)極室的KHCO3溶液的濃度基本保持不變。
(5)多晶Cu作 陰
陰
(填“陰”或“陽(yáng)”)極。
(6)陽(yáng)極上發(fā)生的電極反應(yīng)式是 4HCO3--4e-=O2↑+4CO2↑+2H2O
4HCO3--4e-=O2↑+4CO2↑+2H2O
。
(7)陰離子交換膜中傳導(dǎo)的離子是 HCO3-
HCO3-
,移動(dòng)方向是 從右向左
從右向左
。(填“從左向右”或者“從右向左”)