溫室氣體CO2轉(zhuǎn)化為甲酸(HCOOH)既具有經(jīng)濟(jì)技術(shù)意義,又具有環(huán)保意義,以CO2為碳源制備HCOOH已成為一碳化學(xué)研究的熱點(diǎn)。
(1)CO2直接加氫法:將n(CO2):n(H2)=1:4的混合氣體充入某密閉容器中,在一定溫度下,同時(shí)發(fā)生反應(yīng)1和反應(yīng)2。
已知:反應(yīng)1:CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g) ΔH1>0
反應(yīng)2:CO2 (g)+H2 (g)?HCOOH (g) ΔH2
①ΔH2<< 0 (填“>”“<”)。
②在不同溫度、壓強(qiáng)下,測得相同時(shí)間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化率如圖所示。0.1MPa時(shí),在600℃之后CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大的主要原因是 反應(yīng)1的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng),反應(yīng)2的正反應(yīng)是放熱反應(yīng);600℃之后,隨著溫度升高,反應(yīng)1正向進(jìn)行的程度增大,反應(yīng)2向逆反應(yīng)方向進(jìn)行,且相同時(shí)間內(nèi)反應(yīng)1消耗CO2的量大于反應(yīng)2生成CO2的量反應(yīng)1的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng),反應(yīng)2的正反應(yīng)是放熱反應(yīng);600℃之后,隨著溫度升高,反應(yīng)1正向進(jìn)行的程度增大,反應(yīng)2向逆反應(yīng)方向進(jìn)行,且相同時(shí)間內(nèi)反應(yīng)1消耗CO2的量大于反應(yīng)2生成CO2的量。
(2)CO2催化加氫法:
用Ir(Ⅲ)-PNP配合物(物質(zhì)3)催化氫化CO2得到HCOO-,其循環(huán)機(jī)理如圖所示。請從化學(xué)鍵的斷裂與形成的角度描述催化氫化CO2生成HCOO-的過程:催化劑斷裂Ir-H、二氧化碳斷裂C=O鍵中的π鍵,兩者發(fā)生加成反應(yīng)生成了中間體2,形成了Ir-O和C-H;中間體2斷裂Ir-O鍵和Ir-H,生成了HCOOH,HCOOH與OH-發(fā)生中和反應(yīng)產(chǎn)生HCOO-、H2O催化劑斷裂Ir-H、二氧化碳斷裂C=O鍵中的π鍵,兩者發(fā)生加成反應(yīng)生成了中間體2,形成了Ir-O和C-H;中間體2斷裂Ir-O鍵和Ir-H,生成了HCOOH,HCOOH與OH-發(fā)生中和反應(yīng)產(chǎn)生HCOO-、H2O。
(3)電解法可將CO2轉(zhuǎn)化為甲酸(HCOOH)或甲酸鹽。某電解裝置如圖所示。
①寫出Pt電極上的電極反應(yīng)式:4HCO-3-4e-=O2↑+2CO2↑+2H2O4HCO-3-4e-=O2↑+2CO2↑+2H2O。
②依據(jù)圖中反應(yīng)歷程數(shù)據(jù),采用上述裝置電解催化CO2,為了減少副產(chǎn)物H2的生成,可采取的措施是 降低電壓,在較小電流作用下進(jìn)行電解降低電壓,在較小電流作用下進(jìn)行電解。
③依據(jù)圖中反應(yīng)歷程數(shù)據(jù),判斷電解催化CO2生成CO的選擇性 低于低于(填“高于”或“低于”)生成HCOOH的選擇性,理由是:生成生成CO的活化能高,反應(yīng)發(fā)生需要消耗的能量高,反應(yīng)更難進(jìn)行生成生成CO的活化能高,反應(yīng)發(fā)生需要消耗的能量高,反應(yīng)更難進(jìn)行。
HCO
-
3
HCO
-
3
【答案】<;反應(yīng)1的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng),反應(yīng)2的正反應(yīng)是放熱反應(yīng);600℃之后,隨著溫度升高,反應(yīng)1正向進(jìn)行的程度增大,反應(yīng)2向逆反應(yīng)方向進(jìn)行,且相同時(shí)間內(nèi)反應(yīng)1消耗CO2的量大于反應(yīng)2生成CO2的量;催化劑斷裂Ir-H、二氧化碳斷裂C=O鍵中的π鍵,兩者發(fā)生加成反應(yīng)生成了中間體2,形成了Ir-O和C-H;中間體2斷裂Ir-O鍵和Ir-H,生成了HCOOH,HCOOH與OH-發(fā)生中和反應(yīng)產(chǎn)生HCOO-、H2O;4-4e-=O2↑+2CO2↑+2H2O;降低電壓,在較小電流作用下進(jìn)行電解;低于;生成生成CO的活化能高,反應(yīng)發(fā)生需要消耗的能量高,反應(yīng)更難進(jìn)行
HCO
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3
【解答】
【點(diǎn)評】
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發(fā)布:2024/6/27 10:35:59組卷:27引用:1難度:0.5
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1.升高溫度,下列數(shù)據(jù)不一定增大的是( )
發(fā)布:2025/1/6 6:0:5組卷:31引用:4難度:0.7 -
2.催化還原CO2是解決溫室效應(yīng)及能源問題的重要手段之一。研究表明,在Cu/ZnO催化劑存在下,CO2和H2可發(fā)生以下兩個(gè)平衡反應(yīng)。下列有關(guān)說法不正確的是( )
①CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-53.7kJ?mol-1
②CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)△H2=+41.2kJ?mol-1發(fā)布:2025/1/6 6:0:5組卷:90引用:3難度:0.5 -
3.現(xiàn)代工業(yè)將煤汽化,既可以提高燃料的利用率、減少CO、SO2等的排放,又可以擴(kuò)大水煤氣的用途.甲醇是一種可再生能源,具有開發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景,工業(yè)上一般可采用水煤氣來合成甲醇CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g).
(1)如圖1是該反應(yīng)在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線.
①T1和T2溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K1K2(填“>”、“<”或“=”).
②以下有關(guān)說法正確的是
a.恒溫、恒容條件下,容器內(nèi)的壓強(qiáng)不發(fā)生變化則可逆反應(yīng)達(dá)到平衡
b.一定條件下,H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時(shí)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡
c.使用合適的催化劑能縮短達(dá)到平衡的時(shí)間并提高CH3OH的產(chǎn)率
d.某溫度下,將2molCO和6molH2充入2L的密閉容器中,充分反應(yīng),達(dá)到平衡后,測得c(CO)=0.2mol/L,則CO的轉(zhuǎn)化率為80%
(2)已知在常溫常壓下①2CH3OH(1)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=-akJ?mol-1
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-bkJ?mol-1③H2O(g)=H2O(1)△H=-ckJ?mol-1
則:CH3OH(1)+O2(g)=CO(g)+2H2O(1)△H=
(3)2009年10月,中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所在甲醇燃料電池技術(shù)方面獲得新突破,組裝出了自呼吸電池及主動式電堆.甲醇燃料電池的工作原理如圖2所示.
①該電池正極的電極反應(yīng)式為
②工作一段時(shí)間后,當(dāng)6.4g甲醇完全反應(yīng)生成CO2時(shí),有
(4)以上述電池做電源,用圖3所示裝置,在實(shí)驗(yàn)室中模擬鋁制品面“鈍化”處理的過程中,發(fā)現(xiàn)溶液逐漸變渾濁,原因是發(fā)布:2024/12/30 14:0:1組卷:25引用:3難度:0.5
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