甲醇是重要的化工原料,也是重要的能源物質(zhì),可發(fā)展替代傳統(tǒng)化石燃料。開發(fā)CO2加氫制甲醇技術(shù)既能解決溫室效應(yīng)等環(huán)境問題,又能有效提高資源的利用率?;卮鹣铝袉栴}:CO2加氫分別生成甲醇和CO是最重要的兩個(gè)基本反應(yīng),其反應(yīng)如下:
Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1<0
Ⅱ:CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)ΔH2>0
Ⅲ:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)ΔH3<0
(1)反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的焓變?chǔ)隨溫度T的變化如圖1所示。據(jù)圖判斷,表示反應(yīng)Ⅲ的焓變曲線為
c
c
(填“a”“b”或“c”);反應(yīng)Ⅰ在 低溫
低溫
(填“高溫”或“低溫”)下可自發(fā)進(jìn)行。
(2)在343K、容積可變的密閉容器中,可判斷反應(yīng)Ⅰ達(dá)平衡的標(biāo)志的 BC
BC
。
A.CO2和H2O的體積分?jǐn)?shù)相等
B.單位時(shí)間內(nèi),斷裂兩個(gè)碳氧雙鍵的同時(shí)又?jǐn)嗔褍蓚€(gè)氧氫鍵
C.體系密度不變
D.體系壓強(qiáng)不變
(3)在1L剛性密閉容器中充入1molCO2和3molH2,在某催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ,測得產(chǎn)物甲醇、一氧化碳的體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖3所示。
當(dāng)溫度高于300℃時(shí),該催化劑選擇性較大的產(chǎn)物是 CH3OH
CH3OH
(填化學(xué)式)。已知T℃時(shí),達(dá)到平衡時(shí)CH3OH的選擇性為80%,c(CO)=0.1mol?L-1,則該溫度下反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)K=(用分?jǐn)?shù)表示即可)。
(4)CO2加氫生成甲醇,在實(shí)際生產(chǎn)過程中,通常會(huì)在原料氣里摻一些CO,請從平衡移動(dòng)角度分析原因:加入一定量CO,使反應(yīng)CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)逆向進(jìn)行,提高生成CH3OH的選擇性
加入一定量CO,使反應(yīng)CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)逆向進(jìn)行,提高生成CH3OH的選擇性
。
(5)CO2也可以通過電化學(xué)方法轉(zhuǎn)化為CH3OH,裝置如圖2所示。陰極的電極反應(yīng)式為 CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O
CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O
,若外接電源為鉛蓄電池,鉛蓄電池正極質(zhì)量增加32g時(shí),則標(biāo)準(zhǔn)狀況下陽極生成 5.6
5.6
LO2。