我國力爭2030年前實現碳達峰,2060年前實現碳中和。CO2的綜合利用是實現碳中和的措施之一。
Ⅰ.CO2和CH4在催化劑表面可以合成CH3COOH,該反應的歷程和相對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表示過渡態(tài)):
(1)決定該過程的總反應速率的基元反應方程式為
CH3*+CO2*=CH3COO*或CH3*+H*+CO2*=CH3COO*+H*
CH3*+CO2*=CH3COO*或CH3*+H*+CO2*=CH3COO*+H*
。
(2)下列說法正確的有 ac
ac
。
a.增大催化劑表面積可提高CO2在催化劑表面的吸附速率
b.CH3COOH*比CH3COOH(g)能量高
c.催化效果更好的是催化劑2
d.使用高活性催化劑可降低反應焓變,加快反應速率
Ⅱ.CO2和H2在一定條件下也可以合成甲醇,該過程存在副反應ii。
反應i:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-49.3kJ?mol-1
反應ii:CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)ΔH2
(3)有關物質能量變化如圖所示,穩(wěn)定單質的焓(H)為0,則ΔH2=+41
+41
kJ?mol-1。
(4)恒溫恒容條件下,僅發(fā)生反應ii,反應達到平衡的標志是 ad
ad
。
a.CO的分壓不再發(fā)生變化
b.氣體平均相對分子質量不再發(fā)生變化
c.氣體密度不再發(fā)生變化
d.比值不再發(fā)生變化
(5)在5.0MPa,將n(CO2):n(H2)=5:16的混合氣體在催化劑作用下進行反應。體系中氣體平衡組成比例(CO和CH3OH在含碳產物中物質的量百分數)及CO2的轉化率隨溫度的變化如圖所示。
①表示平衡時CH3OH在含碳產物中物質的量百分數的曲線是 a
a
(填“a”或“b”)。
②CO2平衡轉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(或反應ii)為主,副反應(或反應ii)是一個吸熱反應,升高溫度平衡正向移動
溫度升高后,以副反應(或反應ii)為主,副反應(或反應ii)是一個吸熱反應,升高溫度平衡正向移動
。
③250℃時反應i:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)的Kp=(MPa)-2(用最簡分數表示)。