甲醇既是重要的化工原料,又是一種可再生能源,具有開發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景,研究甲醇具有重要意義。
(1)利用CO2和H2合成甲醇是CO2資源化利用的重要方法。
①若H2(g)和CH3OH(l)的燃燒熱分別為ΔH=-285.8kJ/mol和ΔH=-726.5kJ/mol,則由CO2和H2反應(yīng)生成液態(tài)甲醇和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為 CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(l)+H2O(l)△H=-130.9 kJ?mol-1CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(l)+H2O(l)△H=-130.9 kJ?mol-1。此反應(yīng)的活化能Ea(正) <<Ea(逆)(填“>”或“<”),該反應(yīng)應(yīng)選擇高效 低溫低溫催化劑(填“高溫”或“低溫”)。
②下列措施能使CO2的平衡轉(zhuǎn)化率提高的是 ACAC(填序號)。
A.增大壓強(qiáng)
B.升高溫度
C.增大H2與CO2的投料比
D.改用更高效的催化劑
(2)利用CH4與O2在催化劑的作用下合成甲醇。
主反應(yīng):CH4+12O2(g)?CH3OH(g) ΔH
副反應(yīng):CH4+2O2(g)?CO2(g)+2H2O(g) ΔH
科技工作者結(jié)合實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果,研究了CH4、O2和H2O(g)(H2O的作用是活化催化劑)按照一定體積比在催化劑表面合成甲醇的反應(yīng),部分反應(yīng)歷程如圖乙所示(吸附在催化劑表面的物種用“*”標(biāo)注,TS代表過渡態(tài))。
①在催化劑表面上更容易被吸附的是 H2OH2O(填“H2O”或“O2”)。
②該歷程中正反應(yīng)最大能壘(活化能)為 22.3722.37 kJ/mol,寫出該步驟的化學(xué)方程式:*CH4+*OH=*CH3OH+*H*CH4+*OH=*CH3OH+*H。
③在恒溫的剛性密閉容器中,分別按照CH4、O2的體積比為2:1以及CH4、O2、H2O(g)的體積比為2:1:8反應(yīng)相同的時間,所得產(chǎn)物的選擇性[如甲醇的選擇性=n(CH3OH)n(CH3OH)+n(CO2)],如圖丙所示:
向反應(yīng)體系中加入H2O(g)能夠顯著提高甲醇選擇性的原因:加入H2O(g),可使副反應(yīng)逆向進(jìn)行,二氧化碳的量減小,同時H2O可以活化催化劑,可提高甲醇選擇性加入H2O(g),可使副反應(yīng)逆向進(jìn)行,二氧化碳的量減小,同時H2O可以活化催化劑,可提高甲醇選擇性。向上述剛性密閉容器中按照體積比2:1:8充入CH4、O2和H2O(g),在450K下達(dá)平衡時,CH4的轉(zhuǎn)化率為50%,CH3OH的選擇性為90%,則副反應(yīng)的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp=54.954.9(Kp是以分壓代表的平衡常數(shù),分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))(計(jì)算結(jié)果保留1位小數(shù))。
(3)可利用電解的方法將CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH,請寫出在酸性條件下的陰極反應(yīng)式:CO2+6e-+6H+═CH3OH+H2OCO2+6e-+6H+═CH3OH+H2O。
1
2
n
(
C
H
3
OH
)
n
(
C
H
3
OH
)
+
n
(
C
O
2
)
【答案】CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(l)+H2O(l)△H=-130.9 kJ?mol-1;<;低溫;AC;H2O;22.37;*CH4+*OH=*CH3OH+*H;加入H2O(g),可使副反應(yīng)逆向進(jìn)行,二氧化碳的量減小,同時H2O可以活化催化劑,可提高甲醇選擇性;54.9;CO2+6e-+6H+═CH3OH+H2O
【解答】
【點(diǎn)評】
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發(fā)布:2024/4/20 14:35:0組卷:63引用:2難度:0.5
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1.CO2的捕集與轉(zhuǎn)化是當(dāng)今科學(xué)研究的重要課題。以CO2、C2H6為原料合成C2H4涉及的主要反應(yīng)如下:
Ⅰ.CO2(g)+C2H6(g)?C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)ΔH=+177kJ?mol-1(主反應(yīng))
Ⅱ.C2H6(g)?CH4(g)+H2(g)+C(S)ΔH=+9kJ?mol-1(副反應(yīng))
(1)反應(yīng)Ⅰ的反應(yīng)歷程可分為如下兩步:
i.C2H6(g)?C2H4(g)+H2(g)ΔH1(反應(yīng)速率較快)
ii.H2(g)+CO2(g)?H2O(g)+CO(g)ΔH2=+41kJ?mol-1(反應(yīng)速率較慢)
①ΔH1=
②相比于提高c(C2H6),提高c(CO2)對反應(yīng)I速率影響更大,其原因是
(2)向恒壓密閉容器中充入CO2和C2H6合成C2H4,選擇不同溫度對相關(guān)量的影響如圖所示,工業(yè)生產(chǎn)綜合各方面的因素,反應(yīng)選擇800℃的原因是
(3)在800℃時,=n(CO2)n(C2H6),充入一定體積的密閉容器中,在有催化劑存在的條件下,只發(fā)生主反應(yīng),初始壓強(qiáng)為P,一段時間達(dá)到平衡,產(chǎn)物的物質(zhì)的量之和與剩余反應(yīng)物的物質(zhì)的量之和相等,該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=13
(4)工業(yè)上用甲烷催化法制取乙烯,只發(fā)生如下反應(yīng):2CH4?C2H4+2H2ΔH>0,溫度T時,向2L的恒容反應(yīng)器中充入2mol CH4,僅發(fā)生上述反應(yīng),反應(yīng)過程中CH4的物質(zhì)的量隨時間變化如圖所示。實(shí)驗(yàn)測得v正=k正c2(CH4),v逆=k逆c(C2H4)?c2(H2),k正、k逆為速率常數(shù),只與溫度有關(guān),則T溫度時═k逆k正
(5)我國科學(xué)家使用電化學(xué)的方法(裝置如圖)用C2H6和CO2合成了C2H4。
①M(fèi)是電源的
②陽極電極反應(yīng)式是發(fā)布:2024/12/17 20:30:1組卷:24引用:2難度:0.6 -
2.一定條件下,可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)可以用平衡濃度計(jì)算,也可以用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù).在恒溫恒壓條件下,總壓不變,用平衡分壓計(jì)算平衡常數(shù)更方便.下列說法不正確的是( ?。?/h2>
發(fā)布:2024/12/21 8:0:2組卷:134引用:1難度:0.7 -
3.工業(yè)上可用“氨催化氧化法”生產(chǎn)NO,以氨氣、氧氣為原料,在Pt-Rh合金催化劑存在下生成NO和副產(chǎn)物N2,兩個競爭反應(yīng)化學(xué)方程式如下:
Ⅰ.4NH3(g)+5O2(g)?4NO(g)+6H2O(g)
Ⅱ.4NH3(g)+3O2(g)?2N2(g)+6H2O(g)
現(xiàn)將1molNH3、1.45molO2充入1L恒容密閉容器中,在上述催化劑作用下反應(yīng),相同時間內(nèi)有關(guān)生成物物質(zhì)的量隨溫度變化曲線如圖所示。
已知:有效轉(zhuǎn)化率=×100%制備目標(biāo)物質(zhì)消耗原料的量原料總的轉(zhuǎn)化量
下列說法不正確的是( )發(fā)布:2024/12/17 0:30:2組卷:81引用:5難度:0.5
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