為了實現(xiàn)“碳達峰”和“碳中和”的目標,將CO
2轉(zhuǎn)化成可利用的化學能源的“負碳”技術(shù)是世界各國關(guān)注的焦點。?
方法Ⅰ:CO
2催化加氫制甲醇。
以CO
2、H
2為原料合成CH
3OH涉及的反應如下:
反應i:CO
2(g)+3H
2(g)?CH
3OH(g)+H
2O(g)ΔH
1反應ii:CO
2(g)+H
2(g)?CO(g)+H
2O(g)ΔH
2=+41.0kJ?mol
-1反應iii:CO(g)+2H
2(g)?CH
3OH(g)ΔH
3=-90.0kJ?mol
-1(1)計算反應i的ΔH
1=
-49kJ?mol-1
-49kJ?mol-1
。
(2)一定溫度和催化劑條件下,0.73molH
2、0.24molCO
2和0.03molN
2(已知N
2不參與反應)在總壓強為3.0MPa的密閉容器中進行上述反應,平衡時CO
2的轉(zhuǎn)化率、CH
3OH和CO的選擇性隨溫度的變化曲線如圖所示。
?
①圖中曲線b表示物質(zhì)
CO2
CO2
的變化(填“CO
2”“CH
3OH”或“CO”)。
②上述反應體系在一定條件下建立平衡后,下列說法不正確的有
CD
CD
(填字母)。
A.降低溫度,反應i~iii的正、逆反應速率都減小
B.向容器中再通入少量N
2,CO
2的平衡轉(zhuǎn)化率下降
C.移去部分H
2O(g),反應iii平衡不移動
D.選擇合適的催化劑能提高CO
2的平衡轉(zhuǎn)化率
E.平衡時CH
3OH的體積分數(shù)一定小于50%
③某溫度下,t
1min反應到達平衡,測得容器中CH
3OH的體積分數(shù)為12.5%。此時用CH
3OH的分壓表示0-t
1時間內(nèi)的反應速率v(CH
3OH)=
0.375÷t1
0.375÷t1
MPa?min
-1。設此時n(CO)=amol,計算該溫度下反應ii的平衡常數(shù)K
x=
(用含有a的代數(shù)式表示)。[已知:分壓=總壓×該組分物質(zhì)的量分數(shù);對于反應mA(g)+nB(g)?pC(g)+qD(g),K
x=
,x為物質(zhì)的量分數(shù)。]
方法Ⅱ:CO
2電解法制甲醇
利用電解原理,可將CO
2轉(zhuǎn)化為CH
3OH,其裝置如圖所示:
(3)雙極膜B側(cè)為
陽離子
陽離子
(填“陰離子”或“陽離子”)交換膜。
(4)TiO
2電極上電極反應方程式:
CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O
CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O
。
方法Ⅲ:CO
2催化加氫制低碳烯烴(2~4個C的烯烴)
某研究小組使用Zn-Ga-O/SAPO-34雙功能催化劑實現(xiàn)了CO
2直接合成低碳烯烴,并給出了其可能的反應歷程(如圖所示)。H
2首先在Zn-Ga-O表面解離成2個H*,隨后參與到CO
2的還原過程;SAPO-34則催化生成的甲醇轉(zhuǎn)化為低碳烯烴。
?
注:?表示氧原子空位,*表示吸附在催化劑上的微粒。
(5)理論上,反應歷程中消耗的H*與生成的甲醇的物質(zhì)的量之比為
6:1
6:1
。