我國(guó)對(duì)世界鄭重承諾:2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰,2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。而研發(fā)二氧化碳的碳捕提和碳利用技術(shù)則是關(guān)鍵。通過各國(guó)科技工作者的努力,已經(jīng)開發(fā)出許多將CO2回收利用的技術(shù),其中催化轉(zhuǎn)化法最具應(yīng)用價(jià)值?;卮鹣铝袉栴}:
(1)CO2在催化劑作用下可以直接轉(zhuǎn)化為乙二醇和甲醇,但若反應(yīng)溫度過高,乙二醇會(huì)深度加氫生成乙醇。(g)+CO2(g)+3H2(g)→HOCH2CH2OH(g)+CH3OH(g)ΔH=-131.9kJ?mol-1
HOCH2CH2OH(g)+H2(g)→C2H5OH(g)+H2O(g)ΔH=-94.8kJ?mol-1
獲取乙二醇的反應(yīng)歷程可分為如下2步:
Ⅰ.(g)+CO2(g)→(g) ΔH=-60.3kJ?mol-1
Ⅱ.EC加氫生成乙二醇與甲醇
①步驟Ⅱ的熱化學(xué)方程式是 (g)+3H
2(g)→HOCH
2CH
2OH(g)+CH
3OH(g)△H=-71.6kJ/mol
(g)+3H
2(g)→HOCH
2CH
2OH(g)+CH
3OH(g)△H=-71.6kJ/mol
。
②研究反應(yīng)溫度對(duì)EC加氫的影響(反應(yīng)時(shí)間均為4小時(shí)),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表:
反應(yīng)溫度/℃ |
EC轉(zhuǎn)化率/% |
乙二醇產(chǎn)率/% |
160 |
23.8 |
23.2 |
180 |
62.1 |
60.9 |
200 |
99.9 |
94.7 |
220 |
99.9 |
92.4 |
由表可知,溫度越高,EC的轉(zhuǎn)化率越高,原因是
溫度越高,反應(yīng)速率越快,反應(yīng)相同的時(shí)間轉(zhuǎn)化的EC的量越多,故導(dǎo)致EC的轉(zhuǎn)化率越高
溫度越高,反應(yīng)速率越快,反應(yīng)相同的時(shí)間轉(zhuǎn)化的EC的量越多,故導(dǎo)致EC的轉(zhuǎn)化率越高
。溫度升高到220℃時(shí),乙二醇的產(chǎn)率反而降低,原因是
溫度升高到220℃時(shí),乙二醇深度加氫生成了乙醇,導(dǎo)致EC的轉(zhuǎn)化率保持不變,而乙二醇的產(chǎn)率反而降低
溫度升高到220℃時(shí),乙二醇深度加氫生成了乙醇,導(dǎo)致EC的轉(zhuǎn)化率保持不變,而乙二醇的產(chǎn)率反而降低
。
(2)多晶Cu是目前唯一被實(shí)驗(yàn)證實(shí)能高效催化CO
2還原為烴類(如C
2H
4)的金屬。如圖1所示,電解裝置中分別以多晶Cu和Pt為電極材料,用陰離子交換膜分隔開陰、陽(yáng)極室,反應(yīng)前后KHCO
3濃度基本保持不變,溫度控制在10℃左右,生成C
2H
4的電極反應(yīng)式為
(3)CO
2與H
2反應(yīng)如果用Co/C作為催化劑,可以得到含有少量甲酸的甲醇。為研究催化劑的催化效率,將Co/C催化劑循環(huán)使用,相同條件下,隨著循環(huán)使用次數(shù)的增加,甲醇產(chǎn)量如圖2所示,試準(zhǔn)測(cè)甲醇產(chǎn)量變化的原因:
反應(yīng)產(chǎn)生的甲酸腐蝕催化劑,使催化劑活性降低
反應(yīng)產(chǎn)生的甲酸腐蝕催化劑,使催化劑活性降低
。(已知Co的性質(zhì)與Fe相似)
【答案】(g)+3H
2(g)→HOCH
2CH
2OH(g)+CH
3OH(g)△H=-71.6kJ/mol;溫度越高,反應(yīng)速率越快,反應(yīng)相同的時(shí)間轉(zhuǎn)化的EC的量越多,故導(dǎo)致EC的轉(zhuǎn)化率越高;溫度升高到220℃時(shí),乙二醇深度加氫生成了乙醇,導(dǎo)致EC的轉(zhuǎn)化率保持不變,而乙二醇的產(chǎn)率反而降低;14CO
2+12e
-+8H
2O=C
2H
4+12
;反應(yīng)產(chǎn)生的甲酸腐蝕催化劑,使催化劑活性降低