電化學(xué)還原CO
2將其轉(zhuǎn)化為其它化學(xué)產(chǎn)品,是一種綜合利用CO
2的好方法。
已知:選擇性(S)和法拉第效率(FE)的定義:
S(B)=
×100%
FE(B)=
×100%
(1)堿性電化學(xué)還原CO
2前,先在中性電解液中通電一段時(shí)間,pH及電流穩(wěn)定后,再通CO
2。在陰極區(qū)若CO
2每得到1mol電子,同時(shí)H
2O也會(huì)得到等物質(zhì)的量的電子,且陰極區(qū)電解液的pH幾乎保持不變(忽略溶液體積變化)。
①補(bǔ)全陰極產(chǎn)生CH
4的電極反應(yīng):
1
1
CO
2+
8e-
8e-
+
6H2O
6H2O
═
1
1
CH
4+
8OH-
8OH-
。
②陰極附近因?yàn)榘l(fā)生反應(yīng)
(用離子方程式表示),生成的
難以放電,降低了S(CH
4)。結(jié)合上述信息,S(CH
4)的理論最大值為
。
③結(jié)合化學(xué)用語(yǔ)分析陽(yáng)極區(qū)產(chǎn)生CO
2的原因是
陽(yáng)極去反應(yīng)為:2H
2O-4e
-=O
2↑+4H
+,陰極區(qū)產(chǎn)生的
透過(guò)陰離子交換膜進(jìn)入陽(yáng)極,發(fā)生反應(yīng):
+2H
+=CO
2↑+H
2O
陽(yáng)極去反應(yīng)為:2H
2O-4e
-=O
2↑+4H
+,陰極區(qū)產(chǎn)生的
透過(guò)陰離子交換膜進(jìn)入陽(yáng)極,發(fā)生反應(yīng):
+2H
+=CO
2↑+H
2O
。
(2)控制pH=1、電解液中存在KCl時(shí),電化學(xué)還原CO
2過(guò)程中CH
4(其他含碳產(chǎn)物未標(biāo)出)和H
2的法拉第效率變化如圖3所示。
①結(jié)合圖3的變化規(guī)律,推測(cè)KCl可能的作用是
KCl的存在有利于CO2還原成CH4,不利于生成氫氣(或者KCl的濃度大于1mol?L-1時(shí),KCl抑制了陰極產(chǎn)生氫氣,提高了CO2電化學(xué)還原生成CH4的選擇性)
KCl的存在有利于CO2還原成CH4,不利于生成氫氣(或者KCl的濃度大于1mol?L-1時(shí),KCl抑制了陰極產(chǎn)生氫氣,提高了CO2電化學(xué)還原生成CH4的選擇性)
。
②c(KCl)=3mol?L
-1時(shí),11.2L(已折合為標(biāo)準(zhǔn)狀況,下同)的CO
2被完全吸收并還原為CH
4和C
2H
4,分離H
2后,將CH
4和C
2H
4混合氣體通入如圖4所示裝置(反應(yīng)完全),出口處收集到氣體6.72L,則FE(C
2H
4)為
10%
10%
。
【答案】1;8e
-;6H
2O;1;8OH
-;CO
2+2OH
-=
+H
2O;
;陽(yáng)極去反應(yīng)為:2H
2O-4e
-=O
2↑+4H
+,陰極區(qū)產(chǎn)生的
透過(guò)陰離子交換膜進(jìn)入陽(yáng)極,發(fā)生反應(yīng):
+2H
+=CO
2↑+H
2O;KCl的存在有利于CO
2還原成CH
4,不利于生成氫氣(或者KCl的濃度大于1mol?L
-1時(shí),KCl抑制了陰極產(chǎn)生氫氣,提高了CO
2電化學(xué)還原生成CH
4的選擇性);10%