我國(guó)科學(xué)家利用Fe2Na3/紅紫素催化劑實(shí)現(xiàn)CO2還原制備CO,利用可見(jiàn)光催化還原CO2,將CO2轉(zhuǎn)化為增值化學(xué)原料(HCOOH、HCHO、CH3OH等),這被認(rèn)為是一種可持續(xù)的CO2資源化有效途徑。
(1)已知幾種物質(zhì)的燃燒熱(ΔH)如表1所示:
物質(zhì) |
HCHO(g) |
H2(g) |
燃燒熱(ΔH)/(kJ?mol-1) |
-570.8 |
-285.8 |
已知:H
2O(g)=H
2O(l)ΔH=-44kJ?mol
-1。CO
2(g)+2H
2(g)?HCHO(g)+H
2O(g)ΔH=
+43.2
+43.2
kJ?mol
-1(2)在一定溫度下,將1molCO
2(g)和3molH
2(g)通入某恒容密閉容器中,發(fā)生反應(yīng)CO
2(g)+H
2(g)?HOOH(g),測(cè)得不同時(shí)刻容器中CO
2的體積分?jǐn)?shù)[φ(CO
2)]如表2所示。
t/min |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
φ(CO2) |
0.250 |
0.230 |
0.215 |
0.205 |
0.200 |
0.200 |
達(dá)到平衡時(shí)CO
2的轉(zhuǎn)化率為
25%
25%
。
(3)將n(CO
2):n(H
2)=1:4的混合氣體充入某密閉容器中,同時(shí)發(fā)生反應(yīng)1和反應(yīng)2。
反應(yīng)1:CO
2(g)+H
2(g)?CO(g)+H
2O(g).ΔH
1=+41.2kJ?mol
-1反應(yīng)2:CO
2(g)+3H
2(g)?CH
3OH(g)+H
2O(g)ΔH
2<0。
在不同溫度、壓強(qiáng)下,測(cè)得相同時(shí)間內(nèi)CO
2的轉(zhuǎn)化率如圖1。0.1MPa時(shí),CO
2的轉(zhuǎn)化率在600℃之后隨溫度升高而增大的主要原因是
反應(yīng)1的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng),反應(yīng)2的正反應(yīng)是放熱反應(yīng),600℃之后,隨著溫度升高,反應(yīng)1正向進(jìn)行的程度增大,反應(yīng)2向逆反應(yīng)方向進(jìn)行,且相同時(shí)間內(nèi)反應(yīng)1消耗CO2的量大于反應(yīng)2生成CO2的量
反應(yīng)1的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng),反應(yīng)2的正反應(yīng)是放熱反應(yīng),600℃之后,隨著溫度升高,反應(yīng)1正向進(jìn)行的程度增大,反應(yīng)2向逆反應(yīng)方向進(jìn)行,且相同時(shí)間內(nèi)反應(yīng)1消耗CO2的量大于反應(yīng)2生成CO2的量
。
(4)在一定溫度下,向容積為2L的恒容密閉容器中充入1molCO
2(g)和nmolH
2(g),僅發(fā)生(3)中的反應(yīng)2。實(shí)驗(yàn)測(cè)得CH
3OH的平衡分壓與起始投料比[
]的關(guān)系如圖2。
①起始時(shí)容器內(nèi)氣體的總壓強(qiáng)為8pkPa,若10min時(shí)反應(yīng)到達(dá)c點(diǎn),則0~10min內(nèi),v(H
2)=
0.075
0.075
mol?L
-1?min
-1②b點(diǎn)時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)K
p=
(用含p的表達(dá)式表示)(kPa)
-2。(已知:用氣體分壓計(jì)算的平衡常數(shù)為K
p,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))
(5)我國(guó)科學(xué)家開(kāi)發(fā)催化劑,以惰性材料為陽(yáng)極,在酸性條件下電解還原CO
2制備HCHO,其陰極的電極反應(yīng)式為
CO2+4e-+4H+=HCHO+H2O
CO2+4e-+4H+=HCHO+H2O
。
(6)我國(guó)學(xué)者探究了BiIn合金催化劑電化學(xué)還原CO
2生產(chǎn)HCOOH的催化性能及機(jī)理,并通過(guò)DFT計(jì)算催化劑表面該還原過(guò)程的物質(zhì)的相對(duì)能量,如圖3所示(帶“*”表示物質(zhì)處于吸附態(tài))。試從圖3分析,采用BiIn合金催化劑優(yōu)于單金屬Bi催化劑的原因:
相對(duì)于單金屬Bi催化劑,BiIn合金催化劑能夠促進(jìn)CO2的吸附,增強(qiáng)對(duì)*OCHO中間體的吸附
相對(duì)于單金屬Bi催化劑,BiIn合金催化劑能夠促進(jìn)CO2的吸附,增強(qiáng)對(duì)*OCHO中間體的吸附
;BiIn合金催化劑優(yōu)于單金屬I(mǎi)n催化劑的原因:
相對(duì)于單金屬I(mǎi)n催化劑,BiIn合金催化劑能夠降低*OCHO脫附形成*HCOOH的活化能
相對(duì)于單金屬I(mǎi)n催化劑,BiIn合金催化劑能夠降低*OCHO脫附形成*HCOOH的活化能
。
【答案】+43.2;25%;反應(yīng)1的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng),反應(yīng)2的正反應(yīng)是放熱反應(yīng),600℃之后,隨著溫度升高,反應(yīng)1正向進(jìn)行的程度增大,反應(yīng)2向逆反應(yīng)方向進(jìn)行,且相同時(shí)間內(nèi)反應(yīng)1消耗CO
2的量大于反應(yīng)2生成CO
2的量;0.075;
;CO
2+4e
-+4H
+=HCHO+H
2O;相對(duì)于單金屬Bi催化劑,BiIn合金催化劑能夠促進(jìn)CO
2的吸附,增強(qiáng)對(duì)*OCHO中間體的吸附;相對(duì)于單金屬I(mǎi)n催化劑,BiIn合金催化劑能夠降低*OCHO脫附形成*HCOOH的活化能