將CO2作為原料轉(zhuǎn)化為有用化學品,對實現(xiàn)碳中和及生態(tài)環(huán)境保護有著重要意義。
Ⅰ.以CO2和NH3為原料合成尿素是利用CO2的成功范例。尿素合成塔中的主要反應如下:
反應①:2NH3(g)+CO2(g)?NH2COONH4(s) ΔH1
反應②:NH2COONH4(s)?CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH2=+72.5kJ/mol
反應③:2NH3(g)+CO2(g)?CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH3=-87.0kJ/mol
(1)ΔH1=
-159.5
-159.5
kJ/mol。
(2)對反應③,下列措施中有利于提高NH3平衡轉(zhuǎn)化率的是 BC
BC
(填字母)。
A.升高溫度
B.增大壓強
C.提高原料氣中CO2(g)的比例
D.及時分離出生成的尿素
Ⅱ.可利用CO2和CH4催化制備合成氣(CO、H2)。一定溫度下,在容積為1L的密閉容器中,充入等物質(zhì)的量的CH4和CO2,加入Ni/Al2O3使其發(fā)生反應:CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g)。
(3)反應達平衡后,平衡常數(shù)K=81,此時測得c(CO)為3mol/L,則CH4的轉(zhuǎn)化率為 60%
60%
。
(4)制備“合成氣”反應歷程分兩步:
|
反應 |
正反應速率方程 |
逆反應速率方程 |
步驟① |
CH4(g)?C(ads)+2H2(g) |
v正=k1?c(CH4) |
v逆=k2?c2(H2) |
步驟② |
C(ads)+CO2(g)?2CO(g) |
v正=k3?c(CO2) |
v逆=k4?c2(CO) |
上述反應中C(ads)為吸附性活性炭,反應歷程的能量變化如圖1所示:
①反應速率:v(步驟①)
<
<
(填“>”、“<”或“=”)v(步驟②),請依據(jù)有效碰撞理論分析其原因
步驟②活化能低,同條件下單位體積內(nèi)活化分子數(shù)越多,有效碰撞幾率越大,反應速率越快
步驟②活化能低,同條件下單位體積內(nèi)活化分子數(shù)越多,有效碰撞幾率越大,反應速率越快
。
②一定溫度下,反應CH
4(g)+CO
2(g)?2CO(g)+2H
2(g)的平衡常數(shù)K=
(用k
1、k
2、k
3、k
4表示)。
(5)制備合成氣(CO、H
2)過程中會發(fā)生副反應:CO
2(g)+H
2(g)?CO(g)+H
2O(g) ΔH
2=+41.0kJ/mol。在剛性密閉容器中,進料比
分別等于1.0、1.5、2.0,且反應達到平衡狀態(tài)時,反應體系中
隨溫度變化的關(guān)系如圖2所示。隨著進料比
的增加,
的值逐漸
減小
減小
(填“增大”、“減小”或“不變”),原因是
隨著進料比
的增加,n(CO
2)增大,副反應平衡正向移動,導致n(CO)增多,n(H
2)減少,則
減少
隨著進料比
的增加,n(CO
2)增大,副反應平衡正向移動,導致n(CO)增多,n(H
2)減少,則
減少
。