Question

【題目】CO2的轉(zhuǎn)化和重整受到越來(lái)越多的關(guān)注，它是有效應(yīng)對(duì)全球氣候變化、促進(jìn)低碳社會(huì)構(gòu)建的重要方法。

(1)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化法。

CO2催化加氫合成CH4，其過(guò)程中主要發(fā)生下列反應(yīng)：

反應(yīng)Ⅰ：CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(g)；ΔH＝－890.3 kJ·mol－1

反應(yīng)Ⅱ：CO(g)＋H2O (g)=CO2(g)＋H2(g)；ΔH＝＋2.8 kJ·mol－1

反應(yīng)Ⅲ：2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)；ΔH＝－566.0 kJ·mol－1

則反應(yīng)CO2(g)＋4H2(g)=CH4(g)＋2H2O(g) 的ΔH＝________kJ·mol－1。

(2)CO2催化還原法。

圖1表示的是利用CO2的“直接電子傳遞機(jī)理”。在催化劑銅的表面進(jìn)行轉(zhuǎn)化。當(dāng)有1 mol CO2反應(yīng)時(shí)，直接傳遞的電子物質(zhì)的量為________mol。

(3)CO2電化學(xué)催化重整法。

①圖2表示以KOH溶液作電解質(zhì)溶液進(jìn)行電解的示意圖，CO2在Cu電極上可以轉(zhuǎn)化為CH4，該電極反應(yīng)的方程式為______________________，電解一段時(shí)間后，陽(yáng)極區(qū)溶液pH減小，其原因是__________________。

②CO2與CH4在催化劑作用下合成乙酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式為________。

(4)CO2與丙烯通過(guò)金屬雜多酸鹽[CoxH(3－2x)PW12O40] 催化合成甲基丙烯酸。

①研究發(fā)現(xiàn)金屬雜多酸鹽中x對(duì)CO2轉(zhuǎn)化率的影響如圖3所示，由圖3得出催化效果最好的金屬雜多酸鹽化學(xué)式是________。

②催化劑在溫度不同時(shí)對(duì)CO2轉(zhuǎn)化率的影響如圖4所示，300 ℃催化效果遠(yuǎn)不如200 ℃ 和250 ℃的原因?yàn)?/span>__________________________________。

Answer 1

【答案】－252.9 6 CO2＋8e－＋6H2O=CH4＋8OH－ OH－在陽(yáng)極被氧化生成O2 CH4＋CO2CH3COOH [Co0.5H2PW12O40]或[CoH4P2W24O80] 溫度過(guò)高，可能會(huì)導(dǎo)致催化劑失活

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律可知-反應(yīng)Ⅰ-4×反應(yīng)Ⅱ+2×反應(yīng)Ⅲ即可得到CO2(g)＋4H2(g)=CH4(g)＋2H2O(g)，據(jù)此計(jì)算ΔH；

（2）由圖1可知CO2在催化劑銅的表面進(jìn)行轉(zhuǎn)化最終生成的產(chǎn)物是C2H4，根據(jù)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)確定傳遞的電子的量；

（3）①由圖2可知，Cu與電源的負(fù)極相連，為陰極，陰極發(fā)生了還原反應(yīng)；在陽(yáng)極區(qū)OH－在被氧化生成O2；

②CO2與CH4在催化劑作用下發(fā)生化合反應(yīng)生成乙酸；

（4）①由圖3可知，當(dāng)x=0.5時(shí)，CO2的轉(zhuǎn)化率最大，催化效果最好，由此可確定金屬雜多酸鹽化學(xué)式；

②當(dāng)處于過(guò)高的溫度時(shí)，催化劑會(huì)失去催化活性。

（1）根據(jù)蓋斯定律可知-反應(yīng)Ⅰ-4×反應(yīng)Ⅱ+2×反應(yīng)Ⅲ即可得到CO2(g)＋4H2(g)=CH4(g)＋2H2O(g)，ΔH＝-(－890.3 kJ·mol－1)-4×(2.8 kJ·mol－1)+2×(－566.0 kJ·mol－1)=-252.9 kJ·mol－1；

（2）由圖1可知CO2在催化劑銅的表面進(jìn)行轉(zhuǎn)化最終生成的產(chǎn)物是C2H4，根據(jù)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)可的關(guān)系：2CO2~C2H4~12e-，因此當(dāng)有1 mol CO2反應(yīng)時(shí)，直接傳遞的電子物質(zhì)的量為6mol；

（3）①由圖2可知，Cu與電源的負(fù)極相連，為陰極，陰極發(fā)生了還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為：CO2＋8e－＋6H2O=CH4＋8OH－；OH－在陽(yáng)極被氧化生成O2，因此陽(yáng)極區(qū)溶液的pH減小；

②CO2與CH4在催化劑作用下發(fā)生化合反應(yīng)生成乙酸，反應(yīng)方程式為：CH4＋CO2CH3COOH；

（4）①由圖3可知，當(dāng)x=0.5時(shí)，CO2的轉(zhuǎn)化率最大，催化效果最好，因此金屬雜多酸鹽化學(xué)式為Co0.5H2PW12O40或CoH4P2W24O80；

②當(dāng)處于過(guò)高的溫度時(shí)，催化劑會(huì)失去催化活性，因此300 ℃催化效果遠(yuǎn)不如200 ℃和250 ℃。