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。CO₂的綜合利用是實(shí)現(xiàn)碳中和的措施之一。
Ⅰ.CO₂和H₂在金屬催化劑表面可以合成CH₄，普遍反應(yīng)路徑有三種，其中一種反應(yīng)路徑經(jīng)歷HCOO*中間體。某小組研究了金屬鈷的不同晶面【FCC（111）、HCP（10-10）、HCP（10-11）】對(duì)HCOO*這種反應(yīng)路徑的催化效果，相關(guān)基元反應(yīng)能量變化如下表（*指微粒吸附在催化劑表面）：

基元反應(yīng)步驟	FCC（111）		HCP（10-10）		HCP（10-11）
	活化能（eV）	反應(yīng)熱（eV）	活化能（eV）	反應(yīng)熱（eV）	活化能（eV）	反應(yīng)熱（eV）
CO2*+H*→HCOO*	0.46	-0.52	0.66	-0.12	0.20	-0.69
HCOO*+H*→HCOOH*	1.27	0.73	0.23	-0.16	1.36	0.78
HCOOH*→CHO*+OH*	0.76	-0.11	0.44	-0.18	0.96	-0.47
CHO*+H*→CH2O*	0.53	0.15	0.42	0.14	0.54	0.15
CH2O*+H*→CH2OH*	0.90	0.27	0.80	0.08	1.37	0.69
CH2OH*→CH2*+OH*	0.70	-0.63	0.33	-0.47	0.60	-1.02

（1）寫(xiě)出在FCC（111）晶面反應(yīng)的控速步基元反應(yīng)：

HCOO*+H*→HCOOH*

HCOO*+H*→HCOOH*

。
（2）僅比較表格數(shù)據(jù)可知，CO₂和H₂在該條件下合成CH₄，

HCP（10-10）

HCP（10-10）

晶面的催化效果最好。
Ⅱ.CO₂和H₂一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：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）   ΔH₁=-49.3kJ/mol
反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）   ΔH₂
（3）上述反應(yīng)中相關(guān)物質(zhì)能量如圖1所示。計(jì)算ΔH₂=

+41.2

+41.2

kJ/mol。
（4）向VL密閉容器中通入3molH₂、1molCO₂，在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)。相同時(shí)間內(nèi)溫度對(duì)CO₂轉(zhuǎn)化率及CH₃OH和CO產(chǎn)率的影響如圖2所示。CO₂的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大的原因可能是

隨著溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快，單位時(shí)間內(nèi)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率升高，且反應(yīng)Ⅱ?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，溫度升高平衡正向移動(dòng)也導(dǎo)致二氧化碳轉(zhuǎn)化率升高

隨著溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快，單位時(shí)間內(nèi)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率升高，且反應(yīng)Ⅱ?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，溫度升高平衡正向移動(dòng)也導(dǎo)致二氧化碳轉(zhuǎn)化率升高

。表示CH₃OH產(chǎn)率隨溫度變化的曲線是

a

a

（填“a”或“b”）。

（5）假設(shè)體系中只發(fā)生反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ，在某溫度下反應(yīng)tmin達(dá)到平衡狀態(tài)。此時(shí)CO₂的轉(zhuǎn)化率為30%，CO₂對(duì)CH₃OH的選擇性為40%（CH₃OH選擇性=

C

H

3

OH

產(chǎn)率

C

O

2

轉(zhuǎn)化率

），則0～tmin內(nèi)H₂的反應(yīng)速率為

0

.

54

V

t

0

.

54

V

t

mol/（L?min），反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)為

0.031

0.031

（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。
Ⅲ.2021年我國(guó)科學(xué)家首先實(shí)現(xiàn)了從CO₂到淀粉的全人工合成。其中的一個(gè)步驟是利用新型電化學(xué)催化裝置（如圖所示）將CO₂轉(zhuǎn)化為CH₃COOH。

（6）寫(xiě)出該過(guò)程中陰極的電極反應(yīng)式：

2CO₂+8e^-+8H⁺=CH₃COOH+2H₂O

2CO₂+8e^-+8H⁺=CH₃COOH+2H₂O

。