我國(guó)力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰,2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。CO
2的綜合利用是實(shí)現(xiàn)碳中和的措施之一。
Ⅰ.CO
2和CH
4在催化劑表面可以合成CH
3COOH,該反應(yīng)的歷程和相對(duì)能量的變化情況如圖所示(*指微粒吸附在催化劑表面,H*指H吸附在催化劑載體上的氧原子上,TS表示過(guò)渡態(tài)):
(1)決定該過(guò)程的總反應(yīng)速率的基元反應(yīng)方程式為
CH3*+CO2*=CH3COO*或CH3*+H*+CO2*=CH3COO*+H*
CH3*+CO2*=CH3COO*或CH3*+H*+CO2*=CH3COO*+H*
。
(2)下列說(shuō)法正確的有
ad
ad
。
a.增大催化劑表面積可提高CO
2在催化劑表面的吸附速率
b.CH
3COOH*比CH
3COOH(g)能量高
c.使用高活性催化劑可降低反應(yīng)焓變,加快反應(yīng)速率
d.催化效果更好的是催化劑2
Ⅱ.CO
2和H
2在一定條件下也可以合成甲醇,該過(guò)程存在副反應(yīng)ii。
反應(yīng)i:CO
2(g)+3H
2(g)?CH
3OH(g)+H
2O(g)ΔH
1=-49.3kJ?mol
-1反應(yīng)ii:CO
2(g)+H
2(g)?CO(g)+H
2O(g)ΔH
2(3)有關(guān)物質(zhì)能量變化如圖所示,穩(wěn)定單質(zhì)的焓(H)為0,則ΔH
2=
+41
+41
kJ?mol
-1(4)CO(g)+2H
2(g)?CH
3OH(g)ΔH
3該反應(yīng)的自發(fā)條件是
低溫自發(fā)
低溫自發(fā)
(填“高溫自發(fā)”“低溫自發(fā)”或“任何溫度下都自發(fā)”)
(5)恒溫恒容條件下,僅發(fā)生反應(yīng)ii,反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是
ac
ac
。
a.CO的分壓不再發(fā)生變化
b.氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量不再發(fā)生變化
c.
比值不再發(fā)生變化
d.氣體密度不再發(fā)生變化
(6)在5.0MPa,將n(CO
2):n(H
2)=5:16的混合氣體在催化劑作用下進(jìn)行反應(yīng)。體系中氣體平衡組成比例(CO和CH
3OH在含碳產(chǎn)物中物質(zhì)的量百分?jǐn)?shù))及CO
2的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖所示。
①表示平衡時(shí)CH
3OH在含碳產(chǎn)物中物質(zhì)的量百分?jǐn)?shù)的曲線是
a
a
(填“a”或“b”)。
②CO
2平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高先減小后增大,增大的原因可能是
溫度升高后,以副反應(yīng)(或反應(yīng)ii)為主,副反應(yīng)(或反應(yīng)ii)是一個(gè)吸熱反應(yīng),升高溫度平衡正向移動(dòng)
溫度升高后,以副反應(yīng)(或反應(yīng)ii)為主,副反應(yīng)(或反應(yīng)ii)是一個(gè)吸熱反應(yīng),升高溫度平衡正向移動(dòng)
。
③250℃時(shí)反應(yīng)i:CO
2(g)+3H
2(g)?CH
3OH(g)+H
2O(g)的K
p=
(MPa)
-2(用最簡(jiǎn)分?jǐn)?shù)表示)。