Question

【題目】CO2的轉化和重整受到越來越多的關注，它是有效應對全球氣候變化、促進低碳社會構建的重要方法。

(1)熱化學轉化法。

CO2催化加氫合成CH4，其過程中主要發生下列反應：

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

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

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

則反應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“直接電子傳遞機理”。在催化劑銅的表面進行轉化。當有1 mol CO2反應時，直接傳遞的電子物質的量為________mol。

(3)CO2電化學催化重整法。

①圖2表示以KOH溶液作電解質溶液進行電解的示意圖，CO2在Cu電極上可以轉化為CH4，該電極反應的方程式為______________________，電解一段時間后，陽極區溶液pH減小，其原因是__________________。

②CO2與CH4在催化劑作用下合成乙酸，反應的化學方程式為________。

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

①研究發現金屬雜多酸鹽中x對CO2轉化率的影響如圖3所示，由圖3得出催化效果最好的金屬雜多酸鹽化學式是________。

②催化劑在溫度不同時對CO2轉化率的影響如圖4所示，300 ℃催化效果遠不如200 ℃ 和250 ℃的原因為__________________________________。

Answer 1

【答案】－252.9 6 CO2＋8e－＋6H2O=CH4＋8OH－ OH－在陽極被氧化生成O2 CH4＋CO2CH3COOH [Co0.5H2PW12O40]或[CoH4P2W24O80] 溫度過高，可能會導致催化劑失活

【解析】

（1）根據蓋斯定律可知-反應Ⅰ-4×反應Ⅱ+2×反應Ⅲ即可得到CO2(g)＋4H2(g)=CH4(g)＋2H2O(g)，據此計算ΔH；

（2）由圖1可知CO2在催化劑銅的表面進行轉化最終生成的產物是C2H4，根據發生的氧化還原反應確定傳遞的電子的量；

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

②CO2與CH4在催化劑作用下發生化合反應生成乙酸；

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

②當處于過高的溫度時，催化劑會失去催化活性。

（1）根據蓋斯定律可知-反應Ⅰ-4×反應Ⅱ+2×反應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行轉化最終生成的產物是C2H4，根據發生的氧化還原反應可的關系：2CO2~C2H4~12e-，因此當有1 mol CO2反應時，直接傳遞的電子物質的量為6mol；

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

②CO2與CH4在催化劑作用下發生化合反應生成乙酸，反應方程式為：CH4＋CO2CH3COOH；

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

②當處于過高的溫度時，催化劑會失去催化活性，因此300 ℃催化效果遠不如200 ℃和250 ℃。