24.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(xué)原理制備塑料,既減少工業(yè)生產(chǎn)對乙烯的依賴,又達(dá)到減少CO2排放的目的。
(1)利用CO2和H2反應(yīng)合成甲醇的原理為:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)。
上述反應(yīng)常用CuO和ZnO的混合物作催化劑。相同的溫度和時間段內(nèi),催化劑中CuO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對CO2的轉(zhuǎn)化率和CH3OH的產(chǎn)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(chǎn)率 |
25% |
30% |
35% |
45% |
50% |
65% |
55% |
53% |
50% |
CO2的轉(zhuǎn)化率 |
10% |
13% |
15% |
20% |
35% |
45% |
40% |
35% |
30% |
由表可知,CuO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為
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(yīng):CO(g)+2H
2(g)?CH
3OH(g),其兩種反應(yīng)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
A.上述反應(yīng)的△H=-91kJ?mol
-1B.a(chǎn)反應(yīng)正反應(yīng)的活化能為510kJ?mol
-1C.b過程中第Ⅰ階段為吸熱反應(yīng),第Ⅱ階段為放熱反應(yīng)
D.b過程使用催化劑后降低了反應(yīng)的活化能和△H
E.b過程的反應(yīng)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(zhì)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?jǐn)?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
、
;在c點時,CO的轉(zhuǎn)化率為
。
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(zhuǎn)化率如圖2所示,則L、M兩點容器內(nèi)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(zhì)溶液,在一定條件下通入CO
2進(jìn)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(yīng)式是
。
②工業(yè)上生產(chǎn)1.4×10
2kg的LDPE,理論上需要標(biāo)準(zhǔn)狀況下
L的CO
2。