Question

【題目】二氧化碳是主要的溫室氣體，也是一種工業(yè)原料。將其固定及利用，有利于緩解溫室效應(yīng)帶來的環(huán)境問題。

（1）用二氧化碳合成甲醇。

已知：2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g) △H1＝－484 kJ/mol

2CH3OH(g) ＋3O2(g)＝2CO2(g)+4H2O(g) △H2＝－1348 kJ/mol

在催化劑作用下，CO2（g）和H2（g）反應(yīng)生成CH3OH（g）和H2O（g），該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是________。

（2）用二氧化碳合成低密度聚乙烯（LDPE）。以納米二氧化鈦膜為工作電極，常溫常壓電解CO2，可制得LDPE，該電極反應(yīng)可能的機(jī)理如下圖所示。

① 過程Ⅰ~Ⅲ中碳元素均發(fā)生________反應(yīng)（填“氧化”或“還原”）。

② CO2轉(zhuǎn)化為LDPE的電極反應(yīng)式是（補(bǔ)充完整并配平）________

2n CO2 + □________ +□________= + □________。

③工業(yè)上生產(chǎn)1.4×104 kg 的LDPE，理論上需要標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2的體積是______L。

（3）用二氧化碳與環(huán)氧丙烷()反應(yīng)合成可降解塑料PPC，同時(shí)也能生成副產(chǎn)物CPC，其化學(xué)反應(yīng)過程中的能量變化如下圖所示；在不同溫度和壓強(qiáng)下，PPC的選擇性（產(chǎn)物中PPC的質(zhì)量與產(chǎn)物總質(zhì)量的比值）和總產(chǎn)率（產(chǎn)物總質(zhì)量與反應(yīng)物投料總質(zhì)量的比值）如下表所示。

①通過表中數(shù)據(jù)ⅰ、ⅱ、ⅲ可以得出的結(jié)論是________；在25℃時(shí)，實(shí)際生產(chǎn)中選擇反應(yīng)壓強(qiáng)為1.5MPa，而不是2.0MPa，理由是________。

②通過表中數(shù)據(jù)ⅱ、ⅳ、ⅴ可知溫度升高會(huì)使PPC的選擇性下降，結(jié)合上圖說明其原因可能是______。

Answer 1

【答案】 3H2(g) +CO2(g)＝CH3OH(g) + H2O(g) △H＝－52 kJ/mol 還原 2.24×107 其他條件不變時(shí)，壓強(qiáng)升高，PPC的選擇性及總產(chǎn)率均增大 壓強(qiáng)升高，對生產(chǎn)設(shè)備、能源等要求高，成本增大；且壓強(qiáng)由1.5MPa增大到2.0PMa，總產(chǎn)率增大并不多 溫度升高，可能生成了副產(chǎn)物CPC

【解析】（1）將上述兩個(gè)已知反應(yīng)分別編號(hào)為①、②，根據(jù)蓋斯定律，①× -②×可得目標(biāo)方程式：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H=－52 kJ/mol；

（2）①CO2→CO2－→CO→∶CH2，碳的化合價(jià)的變化為+4→+3→+2→-2價(jià)，均為碳被還原的過程，故碳元素均發(fā)生還原反應(yīng)。

②2nCO2→，碳的化合價(jià)由+4降到-2價(jià)，每個(gè)碳得6個(gè)電子，則2n個(gè)CO2共得12n個(gè)電子，根據(jù)電荷守恒可得電極反應(yīng)：。

①生產(chǎn)1.4×104 kg ，即生產(chǎn)1.4×107g。根據(jù)2nCO2~，可知CO2的物質(zhì)的量為=1.0×106mol，CO2的體積等于1.0×106mol×22.4L/mol=2.24×107 L。

（3）①根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知，ⅰ、ⅱ、ⅲ的反應(yīng)溫度相同、壓強(qiáng)不同，隨著壓強(qiáng)的增大，總產(chǎn)率增大，PPC的選擇性也增大，故可得出結(jié)論：其他條件不變時(shí)，壓強(qiáng)升高，PPC的選擇性及總產(chǎn)率均增大。

②ⅱ和ⅲ總產(chǎn)率接近，PPC的選擇性也接近，而壓強(qiáng)升高，對生產(chǎn)設(shè)備、能源等要求高，成本增大，所以選擇條件ⅱ的理由是：壓強(qiáng)升高，對生產(chǎn)設(shè)備、能源等要求高，成本增大；且壓強(qiáng)由1.5MPa增大到2.0PMa，總產(chǎn)率增大并不多。

③根據(jù)圖上可知二氧化碳與環(huán)氧丙烷反應(yīng)合成可降解塑料PPC，同時(shí)也能生成副產(chǎn)物CPC，所以升高溫度，PPC的選擇性下降，可能原因?yàn)闇囟壬�高，可能生成了副產(chǎn)物CPC。