甲醇既是重要的化工原料,又是一種可再生能源,具有開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景,研究甲醇具有重要意義。
(1)利用CO
2和H
2合成甲醇是CO
2資源化利用的重要方法。
①若H
2(g)和CH
3OH(l)的燃燒熱分別為ΔH=-285.8kJ/mol和ΔH=-726.5kJ/mol,則由CO
2和H
2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-1
CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(l)+H2O(l)△H=-130.9 kJ?mol-1
。此反應(yīng)的活化能E
a(正)
<
<
E
a(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CO
2的平衡轉(zhuǎn)化率提高的是
AC
AC
(填序號(hào))。
A.增大壓強(qiáng)
B.升高溫度
C.增大H
2與CO
2的投料比
D.改用更高效的催化劑
(2)利用CH
4與O
2在催化劑的作用下合成甲醇。
主反應(yīng):CH
4+
O
2(g)?CH
3OH(g) ΔH
副反應(yīng):CH
4+2O
2(g)?CO
2(g)+2H
2O(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CH
4、O
2和H
2O(g)(H
2O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(guò)渡態(tài))。
①在催化劑表面上更容易被吸附的是
H2O
H2O
(填“H
2O”或“O
2”)。
②該歷程中正反應(yīng)最大能壘(活化能)為
22.37
22.37
kJ/mol,寫(xiě)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CH
4、O
2的體積比為2:1以及CH
4、O
2、H
2O(g)的體積比為2:1:8反應(yīng)相同的時(shí)間,所得產(chǎn)物的選擇性[如甲醇的選擇性=
],如圖丙所示:
向反應(yīng)體系中加入H
2O(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(shí)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(shí)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CH
4、O
2和H
2O(g),在450K下達(dá)平衡時(shí),CH
4的轉(zhuǎn)化率為50%,CH
3OH的選擇性為90%,則副反應(yīng)的壓強(qiáng)平衡常數(shù)K
p=
54.9
54.9
(K
p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CO
2轉(zhuǎn)化為CH
3OH,請(qǐng)寫(xiě)出在酸性條件下的陰極反應(yīng)式:
CO2+6e-+6H+═CH3OH+H2O
CO2+6e-+6H+═CH3OH+H2O
。