CO2和CO可作為工業(yè)合成甲醇(CH3OH)的直接碳源,還可利用CO2據(jù)電化學原理制備塑料,既減少工業(yè)生產對乙烯的依賴,又達到減少CO2排放的目的。
(1)利用CO2和H2反應合成甲醇的原理為:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)。
上述反應常用CuO和ZnO的混合物作催化劑。相同的溫度和時間段內,催化劑中CuO的質量分數(shù)對CO2的轉化率和CH3OH的產率影響的實驗數(shù)據(jù)如下表所示:
ω(CuO)/% |
10 |
20 |
30 |
4b |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
CH3OH的產率 |
25% |
30% |
35% |
45% |
50% |
65% |
55% |
53% |
50% |
CO2的轉化率 |
10% |
13% |
15% |
20% |
35% |
45% |
40% |
35% |
30% |
由表可知,CuO的質量分數(shù)為
60%
60%
催化效果最佳。
(2)利用CO和H
2在一定條件下可合成甲醇,發(fā)生如下反應:CO(g)+2H
2(g)?CH
3OH(g),其兩種反應過程中能量的變化曲線如下圖a、b所示,下列說法正確的是
ACE
ACE
A.上述反應的△H=-91kJ?mol
-1B.a反應正反應的活化能為510kJ?mol
-1C.b過程中第Ⅰ階段為吸熱反應,第Ⅱ階段為放熱反應
D.b過程使用催化劑后降低了反應的活化能和△H
E.b過程的反應速率:第Ⅱ階段>第Ⅰ階段
(3)①在1L的恒定密閉容器中按物質的量之比1:2充入CO和H
2,測得平衡混合物中CH
3OH的體積分數(shù)在不同壓強下隨溫度的變化情況如圖1所示,則壓強P
2<
<
P
1(填“>”、“<”或“=”);平衡由A點移至C點、D點移至B點,分別可采取的具體措施為
保持壓強為p2,將溫度由250℃升高到300℃
保持壓強為p2,將溫度由250℃升高到300℃
、
保持溫度為300℃,將壓強由p3增大到p1
保持溫度為300℃,將壓強由p3增大到p1
;在c點時,CO的轉化率為
75%
75%
。
②甲和乙兩個恒容密閉容器的體積相同,向甲中加入1mol CO和2mol H
2,向乙中加入2mol CO和4mol H
2,測得不同溫度下CO的平衡轉化率如圖2所示,則L、M兩點容器內壓強:P(M)
>
>
2P(L);平衡常數(shù):K(M)
<
<
K(L)。(填“>”、“<”或“=”)
(4)以納米二氧化鈦膜為工作電極,稀硫酸為電解質溶液,在一定條件下通入CO
2進行電解,在陰極可制得低密度聚乙烯
(簡稱LDPE)。
①電解時,陰極的電極反應式是
2n CO
2+12nH
++12n e
-═
+4n H
2O
2n CO
2+12nH
++12n e
-═
+4n H
2O
。
②工業(yè)上生產1.4×10
2kg的LDPE,理論上需要標準狀況下
2.24×105
2.24×105
L的CO
2。