我國提出2060年前實現(xiàn)碳中和,降低大氣中CO
2含量是當今世界重要科研課題之一,以CO
2為原料制備甲烷、戊烷、甲醇等能源物質(zhì)具有較好的發(fā)展前景。回答下列問題:
(1)CO
2在固體催化劑表面加氫合成甲烷過程中發(fā)生以下兩個反應:
主反應:CO
2(g)+4H
2(g)?CH
4(g)+2H
2O(g)ΔH
1=-156.9kJ?mol
-1副反應:CO
2(g)+H
2(g)?CO(g)+H
2O(g)ΔH
2=+41.1kJ?mol
-1①已知:2H
2(g)+O
2(g)═2H
2O(g)ΔH
3=-395.6kJ?mol
-1,則CH
4燃燒的熱化學方程式CH
4(g)+2O
2(g)═CO
2(g)+2H
2O(g)ΔH=
-634.3kJ/mol
-634.3kJ/mol
。
②500℃時,向1L恒容密閉容器中充入4molCO
2和12molH
2,初始壓強為p,20min時主、副反應都達到平衡狀態(tài),測得c(H
2O)=5mol?L
-1,體系壓強為
p,則0~20min內(nèi)v(CH
4)=
0.1mol/(L?min)
0.1mol/(L?min)
,平衡時CH
4選擇性=
66.7%
66.7%
(CH
4選擇性=
×100%,計算保留三位有效數(shù)字)。
(2)我國科研人員將CO
2和H
2在Na-Fe
3O
4/HZSM-5催化下轉(zhuǎn)變?yōu)槠停–
5~C
11的烴),反應過程如圖所示。
①若CO
2在該條件下轉(zhuǎn)化為戊烷(C
5H
12),則該反應的化學方程式為
。
②催化劑中的Fe
3O
4可用電解法制備。電解時以Fe作電極,電解質(zhì)溶液為稀硫酸,鐵電極的反應式為
Fe電極作陽極、3Fe-8e-+4H2O=Fe3O4+8H+
Fe電極作陽極、3Fe-8e-+4H2O=Fe3O4+8H+
(需標注電極名稱)。
(3)甲醇催化制取乙烯的過程中發(fā)生如下反應:
反應1:3CH
3OH(g)?C
3H
6(g)+3H
2O(g);
反應2:2CH
3OH(g)?C
2H
4(g)+2H
2O(g)。
反應1的Arrhenius經(jīng)驗公式的實驗數(shù)據(jù)如圖中曲線a所示,已知Arhenius經(jīng)驗公式RInk=-
+C(E
a為活化能,k為速率常數(shù),R和C為常數(shù))。則該反應的活化能E
a=
64
64
kJ?mol
-1。當改變外界條件時,實驗數(shù)據(jù)如圖中的曲線b所示,則實驗可能改變的外界條件是
使用更高效的催化劑(或增大催化劑比表面積)
使用更高效的催化劑(或增大催化劑比表面積)
。