19.我國在應(yīng)對氣候變化工作中取得顯著成效,并向國際社會承諾2030年實現(xiàn)“碳達(dá)峰”,2060年實現(xiàn)“碳中和”。因此將CO
2轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品成為科學(xué)家研究的重要課題。異丁烯[CH
2=C(CH
3)
2]作為汽油添加劑的主要成分,可利用異丁烷與CO
2反應(yīng)來制備。
反應(yīng)Ⅰ:CH
3CH(CH
3)CH
3(g)+CO
2(g)?CH
2=C(CH
3)
2(g)+H
2O(g)+CO(g) ΔH
1反應(yīng)Ⅱ:CH
3CH(CH
3)CH
3(g)?CH
2=C(CH
3)
2(g)+H
2(g) ΔH
2已知:H
2O(g)=H
2O(l) ΔH
3回答下列問題:
(1)已知:異丁烷,異丁烯,CO的燃燒熱熱化學(xué)方程式的焓變分別為ΔH
4,ΔH
5,ΔH
6,則ΔH
1=
(用題目給的反應(yīng)焓變來表示)。
(2)向1.0L恒容密閉容器中加入1molCH
3CH(CH
3)CH
3(g)和1molCO
2(g),利用反應(yīng)Ⅰ制備異丁烯。已知ΔH
1>0。已知正反應(yīng)速率表示為v
正=k
正c[CH
3CH(CH
3)CH
3]?c(CO
2),逆反應(yīng)速率表示為v
逆=k
逆c[CH
2=c(CH
3)
2]?c(H
2O)?c(CO),其中k
正、k
逆為速率常數(shù)。
①圖1中能夠代表k
逆的曲線為
(填“L
1”“L
2”“L
3”或“L
4”)。
②溫度為T
1時,該反應(yīng)化學(xué)平衡常數(shù)K=
,平衡時CH
3CH(CH
3)CH
3轉(zhuǎn)化率
50%(填“>”、“=”、“<”)。
(3)CH
4-CO
2重整技術(shù)是實現(xiàn)“碳中和”的一種理想的CO
2利用技術(shù),反應(yīng)為:CO
2(g)+CH
4(g)?2CO(g)+2H
2(g)。在pMPa時,將CO
2和CH
4按物質(zhì)的量之為1:1充入密閉容器中,分別在無催化劑及ZrO
2催化下反應(yīng)相同時間,測得CO
2的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖2所示。
①a點CO
2轉(zhuǎn)化率相等的原因是
。
②在pMPa、900℃、ZrO
2催化條件下,將CO
2、CH
4、H
2O按物質(zhì)的量之比為1:1:n充入密閉容器,CO
2的平衡轉(zhuǎn)化率為α,此時平衡常數(shù)K
p=
(以分壓表示,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù);寫出含α、n、p的計算表達(dá)式)。
(4)相比于反應(yīng)Ⅱ直接脫氫,有人提出加入適量空氣。采用異丁烷氧化脫氫的方法制備異丁烯,發(fā)生反應(yīng)(CH
3)
2CHCH
3(g)+
O
2(g)?(CH
3)
2C=CH
2(g)+H
2O(g) ΔH=-117.45kJ/mol相比于異丁烷直接脫氫制備丁烯。從產(chǎn)率角度分析該方法的優(yōu)點是
。
(5)利用電化學(xué)可以將CO
2有效轉(zhuǎn)化為HCOO
-,裝置如圖3所示。裝置工作時,陰極除有HCOO
-生成外,還可能生成副產(chǎn)物降低電解效率。陰極生成的副產(chǎn)物可能是
,標(biāo)準(zhǔn)狀況下,當(dāng)陽極生成O
2的體積為224mL時,測得陰極區(qū)內(nèi)的c(HCOO
-)=0.015mol/L,則電解效率為
(忽略電解前后液體積的變化)。已知:電解效率=
一段時間內(nèi)生成目標(biāo)產(chǎn)物轉(zhuǎn)移電子數(shù)
一段時間內(nèi)電解池轉(zhuǎn)移電子總數(shù)
×100%。