以CO2和水蒸氣為原料，在等離子體和雙金屬催化劑xZnO?yZrO2的作用下制備CH3OH。研究表明，在等離子體的協(xié)同下，雙金屬催化劑中的ZrO2更易形成氧空位，從而更有利于吸附或結(jié)合外界O原子，使得制備CH3OH的反應(yīng)條件更趨溫和。
（1）催化劑的制備
將一定比例的Zn（NO3）2?6H2O和ZrO（NO3）2?7H2O溶于水，攪拌下將其滴入pH為8的氨水中，充分反應(yīng)后得到xZn（OH）2?yZr（OH）4沉淀，將固體過(guò)濾、洗滌、干燥，于550℃焙燒6h,制得雙金屬催化劑xZnO?yZrO2。寫(xiě)出生成xZn（OH）2?yZr（OH）4沉淀的離子方程式：xZn2++yZrO2++（2x+2y）NH3?H2O+yH2O=xZn（OH）2?yZr（OH）4↓+（2x+2y）NH4+xZn2++yZrO2++（2x+2y）NH3?H2O+yH2O=xZn（OH）2?yZr（OH）4↓+（2x+2y）NH4+。
（2）工藝參數(shù)的研究
控制水蒸氣流速為28.74mL?min-1、溫度為150℃、反應(yīng)電流為4.17A，在單獨(dú)的等離子體（P）、等離子體與雙金屬催化劑協(xié)同（CP），這兩種不同催化條件下，測(cè)得CO2流量對(duì)醇類(lèi)產(chǎn)量的影響關(guān)系如圖所示。
①無(wú)論使用何種催化條件，CH3OH的產(chǎn)量均隨著CO2流速的增大而下降，其原因是 增大CO2的流速，縮短了CO2和水蒸氣的接觸時(shí)間，更多的原料氣未得到充分反應(yīng)增大CO2的流速，縮短了CO2和水蒸氣的接觸時(shí)間，更多的原料氣未得到充分反應(yīng)。
②分析圖象可知，選用等離子體與雙金屬催化劑協(xié)同催化條件的優(yōu)勢(shì)是 抑制生成乙醇的副反應(yīng)的發(fā)生，且能夠提高甲醇產(chǎn)量抑制生成乙醇的副反應(yīng)的發(fā)生，且能夠提高甲醇產(chǎn)量。
（3）反應(yīng)機(jī)理的分析
利用等離子體和雙金屬催化劑xZnO?yZrO2催化CO2和H2O反應(yīng)生成CH3OH的過(guò)程中Zr的化合價(jià)發(fā)生變化，可能機(jī)理如圖所示：
①Zr的常見(jiàn)化合價(jià)有+2、+3和+4，如圖所示機(jī)理的步驟（iii）中，元素Zr化合價(jià)發(fā)生的變化為 +3價(jià)變?yōu)?4價(jià)+3價(jià)變?yōu)?4價(jià)。
②增大反應(yīng)電流，等離子體會(huì)釋放出數(shù)量更多、能量更大的帶負(fù)電的高能粒子。隨著反應(yīng)電流的增加，CH3OH的產(chǎn)量增大，其可能原因是 在數(shù)量更多、能量更大的帶負(fù)電的高能粒子作用下，更多的水蒸氣分子斷裂出H原子；同時(shí)催化劑中的ZrO2表面形成更多的氧空位，提高了反應(yīng)物在催化劑上的吸附能力和成鍵能力，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行在數(shù)量更多、能量更大的帶負(fù)電的高能粒子作用下，更多的水蒸氣分子斷裂出H原子；同時(shí)催化劑中的ZrO2表面形成更多的氧空位，提高了反應(yīng)物在催化劑上的吸附能力和成鍵能力，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。
【考點(diǎn)】制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)．
【答案】xZn2++yZrO2++（2x+2y）NH3?H2O+yH2O=xZn（OH）2?yZr（OH）4↓+（2x+2y）NH4+；增大CO2的流速，縮短了CO2和水蒸氣的接觸時(shí)間，更多的原料氣未得到充分反應(yīng)；抑制生成乙醇的副反應(yīng)的發(fā)生，且能夠提高甲醇產(chǎn)量；+3價(jià)變?yōu)?4價(jià)；在數(shù)量更多、能量更大的帶負(fù)電的高能粒子作用下，更多的水蒸氣分子斷裂出H原子；同時(shí)催化劑中的ZrO2表面形成更多的氧空位，提高了反應(yīng)物在催化劑上的吸附能力和成鍵能力，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行
【解答】
【點(diǎn)評(píng)】
聲明：本試題解析著作權(quán)屬菁優(yōu)網(wǎng)所有，未經(jīng)書(shū)面同意，不得復(fù)制發(fā)布。
發(fā)布：2024/6/27 10:35:59組卷：18引用：1難度：0.6
相似題
-
1．某同學(xué)查閱資料得知，無(wú)水三氯化鋁能催化乙醇制備乙烯，為探究適宜的反應(yīng)溫度，設(shè)計(jì)如圖反應(yīng)裝置：
?
檢驗(yàn)裝置氣密性后，在圓底燒瓶中加入5g無(wú)水三氯化鋁，加熱至100℃，通過(guò)A加入10mL無(wú)水乙醇，觀察并記錄C中溶液褪色的時(shí)間。重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，分別觀察并記錄在110℃、120℃、130℃、140℃時(shí)C中溶液褪色的時(shí)間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。完成下列填空：
（1）儀器B的名稱(chēng)是；該實(shí)驗(yàn)所采用的加熱方式優(yōu)點(diǎn)是，液體X可能是（選填編號(hào)）。
a.水
b.酒精
c.油
d.乙酸
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，判斷適宜的反應(yīng)溫度為。
（3）在140℃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，長(zhǎng)時(shí)間反應(yīng)未觀察到C中溶液褪色，可能的原因是。
（4）在120℃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，若將B改為裝有濃硫酸的洗氣瓶，長(zhǎng)時(shí)間反應(yīng)未觀察到C中溶液褪色，可能的原因是。
（5）教材中用乙醇和濃硫酸在170℃時(shí)制備乙烯。和教材實(shí)驗(yàn)相比，用三氯化鋁做催化劑制備乙烯的優(yōu)點(diǎn)有、（列舉兩點(diǎn)）。
工業(yè)無(wú)水氯化鋁含量測(cè)定的主要原理是：Ag++Cl-=AgCl↓。將1.400g工業(yè)無(wú)水氯化鋁樣品溶解后配成500mL溶液，量取25.00mL置于錐形瓶中，用濃度為0.1000mol?L-1的AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，達(dá)到終點(diǎn)時(shí)消耗標(biāo)準(zhǔn)液15.30mL。
（6）該樣品中AlCl3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（保留3位有效數(shù)字）。
（7）某次測(cè)定結(jié)果誤差為-2.1%，可能會(huì)造成此結(jié)果的原因是（選填編號(hào)）。
a.稱(chēng)量樣品時(shí)少量吸水潮解
b.配制AlCl3溶液時(shí)未洗滌燒杯
c.滴定管水洗后未用AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液潤(rùn)洗
d.樣品中含有少量Al（NO3）3雜質(zhì)發(fā)布：2024/12/30 16:0:2組卷：26引用：3難度：0.5 -
2．實(shí)驗(yàn)室制備硝基苯的方法是將苯與濃硫酸和濃硝酸的混合液加熱到55～60℃反應(yīng)，已知苯與硝基苯的基本物理性質(zhì)如下表所示：
（1）要配制濃硫酸和濃硝酸的混合酸的注意事項(xiàng)是熔點(diǎn) 沸點(diǎn) 狀態(tài) 苯 5.51℃ 80.1 液體 硝基苯 5.7℃ 210.9℃ 液體 ．
（2）分離硝基苯和水的混合物的方法是；分離硝基苯和苯的方法是．
（3）實(shí)驗(yàn)室制取少量硝基苯：
①實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)選擇（填“圖A”或“圖B”）裝置；另一裝置，存在的2個(gè)缺陷是、．
②用水浴加熱的優(yōu)點(diǎn)是．發(fā)布：2024/12/30 19:30:2組卷：49引用：2難度：0.5 -
3．已知：①、連二亞硫酸鈉（Na2S2O4）是一種白色粉末，易溶于水，難溶于乙醇．②4HCl+2Na2S2O4═4NaCl+S↓+3SO2↑+2H2O某小組進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：
I．制備：75℃時(shí)，將甲酸鈉和純堿加入乙醇水溶液溶解后，再加入裝置 C 中，然后通入 SO2進(jìn)行反應(yīng)，其反應(yīng)方程式為：2HCOONa+Na2CO3+4SO2═2Na2S2O4+3CO2+H2O．
分析并回答下列問(wèn)題：
（1）裝置（圖）A中滴加濃硫酸的儀器名稱(chēng)是，A 中反應(yīng)的化學(xué)方程式為；冷卻至 40～50℃，過(guò)濾，用洗滌，干燥制得 Na2S2O4．
（2）C 中多孔球泡的作用是
（3）裝置 D的作用是檢驗(yàn)裝置 C中 SO2的吸收效率，D中的試劑可以是
a.酚酞溶液 b.氫氧化鈉溶液 c.品紅溶液 d.酸性KMnO4溶液
（4）裝置E的作用
II．Na2S2O4 的性質(zhì)】
取純凈的 Na2S2O4晶體，配成溶液，進(jìn)行下列性質(zhì)探究實(shí)驗(yàn)，完成表的空格（供選擇的試劑：淀粉-KI 溶液、紫色石蕊試液、稀硝酸、BaCl2 溶液）
III．【測(cè)定 Na2S2O4 的純度】假設(shè) 操作 現(xiàn)象 原理 Na2S2O4 為強(qiáng) 堿弱酸鹽，其溶 液為堿性． 取少量溶液于試管中，
滴加溶液變 成藍(lán)色 S2O42-水解，使溶液成堿性 Na2S2O4 中 S為+3 價(jià)，具有較強(qiáng) 的還原性． 取少量溶液于試管中，
滴加過(guò)量新制氯水，再 滴加 BaCl2 溶有白色沉淀生 成 該反應(yīng)的離子方程式為：
取 8.00g制備的晶體溶解后，加入足量稀硫酸，充分反應(yīng)后，過(guò)濾、洗滌、干燥．得固體 0.64g.則 Na2S2O4 的純度為[已知：M（Na2S2O4）=174.0]．發(fā)布：2024/12/31 8:0:1組卷：6引用：1難度：0.5
把好題分享給你的好友吧~~