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以CO2為原料合成甲醇可以減少CO2的排放,實現(xiàn)碳的循環(huán)利用。一種銅基催化劑對該反應(yīng)有良好的催化效果。
Ⅰ.催化反應(yīng)機理
(1)乙醇胺(HOCH2CH2NH2)可用做CO2捕獲劑,乙醇胺溶液能夠吸收和釋放CO2的原因是
乙醇胺含有氨基,有堿性,可與二氧化碳和水反應(yīng)生成鹽,該鹽在較低溫度下又可以充分分解為乙醇胺和二氧化碳
乙醇胺含有氨基,有堿性,可與二氧化碳和水反應(yīng)生成鹽,該鹽在較低溫度下又可以充分分解為乙醇胺和二氧化碳
。
(2)有學(xué)者提出CO2轉(zhuǎn)化成甲醇的催化機理如圖所示。反應(yīng)的副產(chǎn)物有
CO、H2O
CO、H2O

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Ⅱ.催化劑的性能測試
一定條件下使CO2、H2混合氣體通過反應(yīng)器,檢測反應(yīng)器出口氣體的成分及其含量,計算CO2的轉(zhuǎn)化率和CH3OH的選擇性以評價催化劑的性能。
已知:i.反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)有:
a.CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)ΔH=-49.5kJ?mol-1
b.CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)ΔH=+41.2kJ?mol-1
ii.CH3OH選擇性=
n
C
H
3
OH
生成
n
C
O
2
消耗
×100%
(3)220℃時,測得反應(yīng)器出口氣體中全部含碳物質(zhì)的物質(zhì)的量之比n(CH3OH):n(CO2):n(CO)=1:7.20:0.11,則該溫度下CO2轉(zhuǎn)化率=
1
+
0
.
11
1
+
7
.
20
+
0
.
11
1
+
0
.
11
1
+
7
.
20
+
0
.
11
×100%(列出計算式)。
(4)其他條件相同時,反應(yīng)溫度對CO2的轉(zhuǎn)化率和CH3OH的選擇性的影響如圖所示:
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①由圖1可知實驗中反應(yīng)均未達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是
CO2的實驗轉(zhuǎn)化率未達(dá)到平衡轉(zhuǎn)化率
CO2的實驗轉(zhuǎn)化率未達(dá)到平衡轉(zhuǎn)化率
。
②溫度高于260℃時,CO2平衡轉(zhuǎn)化率變化的原因是
溫度升高,反應(yīng)a逆向移動,反應(yīng)b正向移動,溫度高于260℃時,反應(yīng)b正向移動的程度大于反應(yīng)a逆向移動的程度
溫度升高,反應(yīng)a逆向移動,反應(yīng)b正向移動,溫度高于260℃時,反應(yīng)b正向移動的程度大于反應(yīng)a逆向移動的程度
。
③由圖2可知,溫度相同時CH3OH選擇性的實驗值略高于其平衡值,從化學(xué)反應(yīng)速率的角度解釋原因
在該條件下反應(yīng)a的速率大于反應(yīng)b,單位時間內(nèi)生成甲醇的量比生成CO的量多
在該條件下反應(yīng)a的速率大于反應(yīng)b,單位時間內(nèi)生成甲醇的量比生成CO的量多
【答案】乙醇胺含有氨基,有堿性,可與二氧化碳和水反應(yīng)生成鹽,該鹽在較低溫度下又可以充分分解為乙醇胺和二氧化碳;CO、H2O;
1
+
0
.
11
1
+
7
.
20
+
0
.
11
;CO2的實驗轉(zhuǎn)化率未達(dá)到平衡轉(zhuǎn)化率;溫度升高,反應(yīng)a逆向移動,反應(yīng)b正向移動,溫度高于260℃時,反應(yīng)b正向移動的程度大于反應(yīng)a逆向移動的程度;在該條件下反應(yīng)a的速率大于反應(yīng)b,單位時間內(nèi)生成甲醇的量比生成CO的量多
【解答】
【點評】
聲明:本試題解析著作權(quán)屬菁優(yōu)網(wǎng)所有,未經(jīng)書面同意,不得復(fù)制發(fā)布。
發(fā)布:2024/6/27 10:35:59組卷:29引用:1難度:0.5
相似題
  • 1.CH3OH是一種綠色燃料,工業(yè)上制備CH3OH發(fā)生如下反應(yīng):
    反應(yīng)1:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-49.5kJ/mol
    反應(yīng)2:CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.2kJ/mol
    (1)n起始(CO2):n起始(H2)=1:3的混合氣體發(fā)生反應(yīng)1和反應(yīng)2,恒壓分別為1MPa、3MPa、5MPa下反應(yīng)達(dá)到平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率(α)(曲線a、b、c)以及3MPa時生成CH3OH、CO選擇性(S)的變化如圖1所示(選擇性為目標(biāo)產(chǎn)物在總產(chǎn)物中的比率)。
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    ①隨著溫度升高,a、b、c三條曲線接近重合的原因是
     
    。
    ②250℃時,反應(yīng)2的平衡常數(shù)K=
     

    (2)恒壓下,n起始(CO2):n起始(H2)=1:3的混合氣體以一定流速通入分子篩膜反應(yīng)器(如圖2所示),反應(yīng)相同時間,測得甲醇選擇性隨溫度的變化如圖3所示。
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    ①隨溫度升高,平衡時CH3OH選擇性降低的原因是
     
    。
    ②溫度相同時,CH3OH選擇性的實驗值高于平衡值,其原因可能是
     
    。
    ③分子篩膜反應(yīng)器可提高CO2轉(zhuǎn)化率的原因是
     
    。
    (3)某甲醇燃料電池的工作原理如圖4所示。負(fù)極的電極反應(yīng)式為
     
    。
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    發(fā)布:2024/10/24 7:0:1組卷:13引用:1難度:0.4
  • 2.甲醇(CH3OH)可以由碳的氧化物和氫氣合成,主要反應(yīng)包括:
    a.CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)ΔH1=-90.1kJ?mol-1
    b.CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)ΔH2=-49.0kJ?mol-1
    c.CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)ΔH3
    (1)ΔH3=
     
    kJ?mol-1
    (2)反應(yīng)a的反應(yīng)歷程如圖所示,其中吸附在催化劑表面上的物種用(*)標(biāo)注。
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    寫出相對能量為-1.3eV時,對應(yīng)物質(zhì)M的化學(xué)式
     
    ;該反應(yīng)歷程中決速步驟的能壘為
     
    eV。
    (3)在恒溫(T/℃)容積可變的密閉容器中按體積比1:3充入CO2和H2,若只發(fā)生反應(yīng)b,反應(yīng)達(dá)到平衡時,H2體積分?jǐn)?shù)x隨壓強p的變化如圖曲線a所示,則曲線
     
    (填標(biāo)號)表示了CH3OH的體積分?jǐn)?shù)x隨壓強p的變化;點A、B均表示H2體積分?jǐn)?shù),則A點處v(正)
     
    B點處v(逆)(填“>”、“<”或“=”)。
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    (4)在恒溫恒容(2L)的密閉容器中充入CO、CO2各1mol和一定量的氫氣發(fā)生上述a、b、c三個反應(yīng),10min達(dá)到平衡狀態(tài),生成(0.3molCH3OH和0.15molH2O。
    ①若升高溫度,CO的平衡轉(zhuǎn)化率
     
    (填“增大”、“減小”、“不變”或“不能確定”)。
    ②0~10min內(nèi),平均每分鐘生成甲醇(CH3OH)
     
    mol/L;若c反應(yīng)的平衡常數(shù)為K,則平衡時c(H2)=
     
    (用含K的式子表達(dá))。
    發(fā)布:2024/10/24 5:0:2組卷:5引用:2難度:0.5
  • 3.硫酸的消費量常用來衡量一個國家工業(yè)發(fā)展水平。其中SO2的催化氧化是重要的一步,其反應(yīng)為:2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)ΔH=-196kJ/mol?;卮鹣铝袉栴}:
    (1)SO2催化氧化反應(yīng)在
     
    溫下自發(fā)(填“高”或“低”,下同),
     
    壓有利于提高反應(yīng)速率,
     
    壓有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率。根據(jù)下表數(shù)據(jù)(450℃條件下測得)闡述實際工業(yè)生產(chǎn)選擇0.1MPa的理由:
     

    壓強 0.1MPa 0.5MPa 1MPa 5MPa 10MPa
    平衡時SO2的轉(zhuǎn)化率 97.5% 98.9% 99.2% 99.6% 99.7%
    (2)科研人員使用CaCO3為基礎(chǔ)固硫材料,復(fù)合不同的催化劑(V2O5、V2O5-MnO2、V2O5-GeO2)催化SO2向SO3的轉(zhuǎn)化。同時研究了不同溫度下使用三種催化劑對CaCO3固硫效率(用單位時間SO2轉(zhuǎn)化率表示)的影響,結(jié)論如圖:
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    ①僅使用CaCO3而不使用催化劑獲得的X線的實驗?zāi)康氖?
     
    。
    ②下列有關(guān)說法正確的是
     

    a.三種催化劑中V2O5催化劑效率最低
    b.同溫同壓下,使用復(fù)合催化劑有利于提高SO3的平衡產(chǎn)率
    c.溫度越高一定越有利于催化劑催化效率的提升
    (3)某SO2催化氧化生成SO3反應(yīng)的速率方程為:v=k?pα(SO2)?pβ(O2)?pγ(SO3),根據(jù)表中數(shù)據(jù),β=
     
    。
    實驗 p(SO2)/kPa p(O2)/kPa p(SO3)/kPa v/kPa-1
    1 m n p q
    2 2m n p 2q
    3 m n 0.1p 10q
    4 m 2n p 1.414q
    發(fā)布:2024/10/25 0:0:1組卷:5引用:2難度:0.5
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