CO2的捕集及利用對(duì)“碳中和”具有重要意義,回答下列問題:
(1)在釕配合物催化下CO2加氫合成甲酸發(fā)生反應(yīng)Ⅰ,同時(shí)還伴有反應(yīng)Ⅱ發(fā)生。
Ⅰ.CO2(g)+H2(g)?HCOOH(g) ΔH1=-30.9kJ?mol-1;
Ⅱ.CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g) ΔH2
①已知:298K時(shí),部分物質(zhì)的相對(duì)能量如表所示,則HCOOH(g)的相對(duì)能量為
-423.9
-423.9
kJ?mol-1,ΔH1<
<
ΔH2(填“>”“<”或“=”)。
物質(zhì) |
CO2(g) |
H2(g) |
H2O(g) |
CO(g) |
相對(duì)能(kJ?mol-1) |
-393 |
0 |
-242 |
-110 |
②氣體A的壓力轉(zhuǎn)化率表示為α(A)=[1-
]×1000%,P
0為A初始?jí)毫Γ琍
1為A某時(shí)刻分壓。保持323K恒溫恒壓,CO
2(g)、H
2(g)投料比1:1時(shí),CO
2初始分壓分別為P
o-aMPa、P
o-bMPa和P
o-cMPa(P
o-a<P
o-b<P
o-c),測(cè)得α(CO
2)與時(shí)間
t的關(guān)系如圖甲所示。
則曲線z表示的CO
2的初始分壓為
p0-a
p0-a
MPa,在323K,CO
2初始分壓為時(shí)P
o-cMPa時(shí),平衡后,P(HCOOH)=6P(CO),則反應(yīng)Ⅰ的K
p(用含P
o-c 的式子表示)。
③已知Arrhenius公式Rlnk=-(
)+C(E
a為活化能,k為速率常數(shù),R和C為常數(shù)),反應(yīng)Ⅰ的數(shù)據(jù)如圖乙中的曲線d所示,則該反應(yīng)的活化能E
a=
1120
1120
kJ?mol
-1。改變外界條件,數(shù)據(jù)如圖中的曲線e所示,則實(shí)驗(yàn)可能改變的外界條件是
使用更高效的催化劑
使用更高效的催化劑
。
(2)一種新型釕配合物催化劑催化CO
2加氫合成甲酸的反應(yīng)機(jī)理如圖丙所示。生成中間體的反應(yīng)為
CO
2+
=
CO
2+
=
,研究表明,極性溶劑有助于促進(jìn)CO
2插入M—H鍵,使用極性溶劑后極大地提高了整個(gè)反應(yīng)的合成效率,原因是
CO2插入M—H鍵所需的活化能最大,是該反應(yīng)的決速步驟,使用極性容積后活化能降低
CO2插入M—H鍵所需的活化能最大,是該反應(yīng)的決速步驟,使用極性容積后活化能降低
。