CO2的資源化利用具有重要的意義。
(1)合成尿素[CO(NH2)2]是利用CO2的途徑之一。尿素合成主要通過下列反應實現(xiàn):
反應Ⅰ:2NH3(g)+CO2(g)═NH2COONH4(s) ΔH1=-272kJ?mol-1
反應Ⅱ:NH2COONH4(s)═CO(NH2)2(l)+H2O(g) ΔH2=138kJ?mol-1
①二氧化碳和氨氣合成尿素固體和水蒸氣的反應自發(fā)進行的條件是
低溫
低溫
(填“低溫”、“高溫”或“任意條件”)。
②MgO是CO2和環(huán)氧乙烷合成碳酸乙烯酯的催化劑,可由MgCl2與沉淀劑(尿素、氫氧化鈉)反應,先生成沉淀,過濾后將沉淀焙燒得到。已知向MgCl2溶液中加入尿素生成的是Mg5(CO3)4(OH)2沉淀。與氫氧化鈉作沉淀劑相比,用尿素作沉淀劑焙燒生成的MgO作催化劑效果更好,其原因是 Mg5(CO3)4(OH)2焙燒釋放更多的氣體,制得的MgO更加疏松多孔
Mg5(CO3)4(OH)2焙燒釋放更多的氣體,制得的MgO更加疏松多孔
。
(2)二氧化碳加氫制甲醇已經(jīng)成為研究熱點。甲醇合成主要發(fā)生反應的化學反應如下:
反應Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.01kJ?mol-1
反應Ⅱ:CO2(g)+H2(g)═CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.17kJ?mol-1
在密閉容器中,1.01×105Pa、n起始(CO2):n起始(H2)=1:3,其他條件相同時,反應溫度對CO2的轉化率和CH3OH的選擇性的影響如圖1、2所示。其中,CH3OH的選擇性可表示為×100%。
①圖1,溫度高于260℃時,CO2的平衡轉化率呈上升變化的原因是 溫度升高,反應a逆向移動,反應b正向移動,溫度高于260℃時,反應b正向移動的程度大于反應a逆向移動的程度
溫度升高,反應a逆向移動,反應b正向移動,溫度高于260℃時,反應b正向移動的程度大于反應a逆向移動的程度
。
②圖2,溫度相同時CH3OH選擇性的實驗值略高于其平衡值,從化學反應速率的角度解釋其原因是 在該條件下反應a的速率大于反應b,單位時間內生成甲醇的量比生成CO的量多
在該條件下反應a的速率大于反應b,單位時間內生成甲醇的量比生成CO的量多
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(3)用電化學方法還原CO2將其轉化為其它化學產品可以實現(xiàn)對CO2的綜合利用。圖3是在酸性條件下電化學還原CO2的裝置。已知法拉第效率(FE)表示為:FE(B)%=×100%。
控制pH=1、電解液中存在KCl時,電化學還原CO2過程中CH4 (其他含碳產物未標出)和H2的法拉第效率變化如圖4所示。
①寫出陰極產生CH4的電極反應 CO2+8H++8e-=CH4+2H2O
CO2+8H++8e-=CH4+2H2O
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②結合如圖的變化規(guī)律,推測KCl可能的作用是 KCl的存在有利于CO2還原成CH4,不利于生成氫氣(或KCl的濃度大于1mol/L時,KCl抑制了陰極產生氫氣,提高了CO2電化學還原生成CH4的選擇性)
KCl的存在有利于CO2還原成CH4,不利于生成氫氣(或KCl的濃度大于1mol/L時,KCl抑制了陰極產生氫氣,提高了CO2電化學還原生成CH4的選擇性)
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③c(KCl)=3mol/L時,22.4L(已折合為標準狀況,下同)的CO2被完全吸收并還原為CH4和C2H4,分離H2后,將CH4和C2H4混合氣體通入如圖5所示裝置(反應完全),出口處收集到氣體8.96L(不考慮水蒸氣),則FE(C2H4)%=22.5%
22.5%
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