以CO
2為原料合成甲醇可以減少CO
2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(HOCH
2CH
2NH
2)可用做CO
2捕獲劑,乙醇胺溶液能夠吸收和釋放CO
2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CO
2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
。
Ⅱ.催化劑的性能測試
一定條件下使CO
2、H
2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CO
2的轉(zhuǎn)化率和CH
3OH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.CO
2(g)+3H
2(g)?CH
3OH(g)+H
2O(g)ΔH=-49.5kJ?mol
-1b.CO
2(g)+H
2(g)?CO(g)+H
2O(g)ΔH=+41.2kJ?mol
-1ii.CH
3OH選擇性=
×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(CH
3OH):n(CO
2):n(CO)=1:7.20:0.11,則該溫度下CO
2轉(zhuǎn)化率=
×100%(列出計算式)。
(4)其他條件相同時,反應(yīng)溫度對CO
2的轉(zhuǎn)化率和CH
3OH的選擇性的影響如圖所示:
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,CO
2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CH
3OH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、H
2O;
;CO
2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