30.在2020年中央經(jīng)濟工作會議上,我國明確提出“碳達峰”與“碳中和”目標(biāo),因此利用煤炭或CO
2合成其它高價值化學(xué)品的工業(yè)生產(chǎn)顯得更加重要。
(1)工業(yè)上以煤和水為原料通過一系列轉(zhuǎn)化可獲得清潔能源氫氣。
已知:①C(s)+O
2(g)═CO
2(g)△H
1=-393.5kJ?mol
-1②2H
2(g)+O
2(g)═2H
2O(1)△H
2=-571kJ?mol
-1③H
2O(l)═H
2O(g)△H
3=+41kJ?mol
-1則碳與水蒸氣反應(yīng)C(s)+2H
2O(g)
CO
2+2H
2(g)的△H=
。
(2)工業(yè).上也可以僅利用上述反應(yīng)得到的CO
2和H
2進一步合成甲醇:
CO
2(g)+3H
2(g)?CH
3OH(g)+H
2O(g)△H<0
①在某恒溫恒容密閉容器中充入1mol CO
2和3mol H
2發(fā)生反應(yīng),測得CO
2和CH
3OH(g)濃度隨時間變化如下圖1所示。則平衡時H
2(g)的轉(zhuǎn)化率為
,該溫度下的平衡常數(shù)為
L
2/mol
2。
②該反應(yīng)在催化劑Cu-ZnO-ZrO
2表面進行,主反應(yīng)歷程如圖2所示(催化劑表面吸附的物種用?標(biāo)注),下列說法不正確的是
。
A.該反應(yīng)的原子利用率為100%
B.催化劑可以降低反應(yīng)活化能
C.反應(yīng)②中,斷裂和形成的共價鍵至少有2種
D.使用催化劑可以提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率
(3)將合成的甲醇進行水蒸氣重整是電動汽車氫氧燃料電池理想的氫源。該制氫(SRM)系統(tǒng)簡單,產(chǎn)物中H
2含量高、CO含量低(CO會損壞燃料電池的交換膜),反應(yīng)如下:
反應(yīng)Ⅰ(主):CH
3OH(g)+H
2O(g)?CO
2(g)+3H
2(g)△H
1>0
反應(yīng)Ⅱ(副):H
2(g)+CO
2(g)?CO(g)+H
2O(g)△H
2>0
溫度高于300℃會同時發(fā)生反應(yīng)Ⅲ:CH
3OH(g)?CO(g)+2H
2(g)
①反應(yīng)1能夠自發(fā)進行的原因是
。
②升溫有利于提高CH
3OH轉(zhuǎn)化率,但也存在一個明顯的缺點是
。
③寫出一條能提高CH
3OH轉(zhuǎn)化率而降低CO生成率的措施
。