题目内容
【题目】CO2的资源化利用能有效减少CO2排放,充分利用碳资源。
(1)CaO可在较高温度下捕集CO2,在更高温度下将捕集的CO2释放利用。CaC2O4·H2O热分解可制备CaO,CaC2O4·H2O加热升温过程中固体的质量变化见下图。
①写出400~600 ℃范围内分解反应的化学方程式:________。
②与CaCO3热分解制备的CaO相比,CaC2O4·H2O热分解制备的CaO具有更好的CO2捕集性能,其原因是________。
(2)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图如下。
①写出阴极CO2还原为HCOO的电极反应式:________。
②电解一段时间后,阳极区的KHCO3溶液浓度降低,其原因是________。
(3)CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法,其过程中主要发生下列反应:
反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH =41.2 kJ·mol1
反应Ⅱ:2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH =﹣122.5 kJ·mol1
在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下,CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图。其中:
CH3OCH3的选择性=×100%
①温度高于300 ℃,CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是________。
②220 ℃时,在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后,测得CH3OCH3的选择性为48%(图中A点)。不改变反应时间和温度,一定能提高CH3OCH3选择性的措施有________。
【答案】CaC2O4CaCO3+CO↑ CaC2O4·H2O热分解放出更多的气体,制得的CaO更加疏松多孔 CO2+H++2eHCOO或CO2++2eHCOO+ 阳极产生O2,pH减小,浓度降低;K+部分迁移至阴极区 反应Ⅰ的ΔH>0,反应Ⅱ的ΔH<0,温度升高使CO2转化为CO的平衡转化率上升,使CO2转化为CH3OCH3的平衡转化率下降,且上升幅度超过下降幅度 增大压强,使用对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂
【解析】
本题注重理论联系实际,引导考生认识并体会化学科学对社会发展的作用,试题以减少CO2排放,充分利用碳资源为背景,考查《化学反应原理》模块中方程式的计算、电化学、化学平衡移动等基本知识;
(1)①令CaC2O4·H2O的物质的量为1mol,即质量为146g,根据图像,前一阶段剩余固体质量为128,原固体质量为146g,相差18g,说明此阶段失去结晶水,第二阶段从剩余固体质量与前一阶段剩余固体质量相对比,少了28g,相差1个CO2,因此400℃-600℃范围内,分解反应方程式为CaC2O4 CaCO3+CO↑;②CaC2O4·H2O热分解放出更多的气体,制得的CaO更加疏松多孔,增加与CO2的接触面积,更好捕捉CO2;
(2)①根据电解原理,阴极上得到电子,化合价降低,CO2+HCO3-+2e-=HCOO-+CO32-,或CO2+H++2e-=HCOO-;
②阳极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+,pH减小,H+与HCO3-反应,同时部分K+迁移至阴极区;
(3)①根据反应方程式,反应I为吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,CO2的转化率增大,反应II为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向进行,CO2的转化率降低,根据图像,上升幅度超过下降幅度,因此温度超过300℃时,CO2转化率上升;
②依据CH3OCH3选择性公式,提高CH3OCH3选择性,化学平衡向正反应方向进行,根据反应II,可以增大压强,或者使用对反应II催化活性更高的催化剂。