Question

【题目】CO2的转化和重整受到越来越多的关注，它是有效应对全球气候变化、促进低碳社会构建的重要方法。

(1)热化学转化法。

CO2催化加氢合成CH4，其过程中主要发生下列反应：

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

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

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

则反应CO2(g)＋4H2(g)=CH4(g)＋2H2O(g) 的ΔH＝________kJ·mol－1。

(2)CO2催化还原法。

图1表示的是利用CO2的“直接电子传递机理”。在催化剂铜的表面进行转化。当有1 mol CO2反应时，直接传递的电子物质的量为________mol。

(3)CO2电化学催化重整法。

①图2表示以KOH溶液作电解质溶液进行电解的示意图，CO2在Cu电极上可以转化为CH4，该电极反应的方程式为______________________，电解一段时间后，阳极区溶液pH减小，其原因是__________________。

②CO2与CH4在催化剂作用下合成乙酸，反应的化学方程式为________。

(4)CO2与丙烯通过金属杂多酸盐[CoxH(3－2x)PW12O40] 催化合成甲基丙烯酸。

①研究发现金属杂多酸盐中x对CO2转化率的影响如图3所示，由图3得出催化效果最好的金属杂多酸盐化学式是________。

②催化剂在温度不同时对CO2转化率的影响如图4所示，300 ℃催化效果远不如200 ℃ 和250 ℃的原因为__________________________________。

Answer 1

【答案】－252.9 6 CO2＋8e－＋6H2O=CH4＋8OH－ OH－在阳极被氧化生成O2 CH4＋CO2CH3COOH [Co0.5H2PW12O40]或[CoH4P2W24O80] 温度过高，可能会导致催化剂失活

【解析】

（1）根据盖斯定律可知-反应Ⅰ-4×反应Ⅱ+2×反应Ⅲ即可得到CO2(g)＋4H2(g)=CH4(g)＋2H2O(g)，据此计算ΔH；

（2）由图1可知CO2在催化剂铜的表面进行转化最终生成的产物是C2H4，根据发生的氧化还原反应确定传递的电子的量；

（3）①由图2可知，Cu与电源的负极相连，为阴极，阴极发生了还原反应；在阳极区OH－在被氧化生成O2；

②CO2与CH4在催化剂作用下发生化合反应生成乙酸；

（4）①由图3可知，当x=0.5时，CO2的转化率最大，催化效果最好，由此可确定金属杂多酸盐化学式；

②当处于过高的温度时，催化剂会失去催化活性。

（1）根据盖斯定律可知-反应Ⅰ-4×反应Ⅱ+2×反应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）由图1可知CO2在催化剂铜的表面进行转化最终生成的产物是C2H4，根据发生的氧化还原反应可的关系：2CO2~C2H4~12e-，因此当有1 mol CO2反应时，直接传递的电子物质的量为6mol；

（3）①由图2可知，Cu与电源的负极相连，为阴极，阴极发生了还原反应，电极反应为：CO2＋8e－＋6H2O=CH4＋8OH－；OH－在阳极被氧化生成O2，因此阳极区溶液的pH减小；

②CO2与CH4在催化剂作用下发生化合反应生成乙酸，反应方程式为：CH4＋CO2CH3COOH；

（4）①由图3可知，当x=0.5时，CO2的转化率最大，催化效果最好，因此金属杂多酸盐化学式为Co0.5H2PW12O40或CoH4P2W24O80；

②当处于过高的温度时，催化剂会失去催化活性，因此300 ℃催化效果远不如200 ℃和250 ℃。