催化还原CO
2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明,在Cu/ZnO催化剂存在下,CO
2和H
2可发生两个反应,分别生成CH
3OH和CO。反应的热化学方程式如下:
I.CO
2(g)+3H
2(g)

CH
3OH(g)+H
2O(g) ∆H
1=-53.7kJ/mol
II.CO
2(g)+H
2(g)

CO(g)+ H
2O(g) ∆H
2某实验控制CO
2和H
2初始投料比为1:2.2,经过相同反应时间测得如下实验数据:
T(K)
| 催化剂
| CO2转化率(%)
| 甲醇选择性(%)
|
543
| Cat.1
| 12.3
| 42.3
|
543
| Cat.2
| 10.9
| 72.7
|
553
| Cat.1
| 15.3
| 39.1
|
553
| Cat.2
| 12.0
| 71.6
|
[备注]Cat.1:Cu/ZnO纳米棒,Cat.2:Cu/ZnO 纳米片;
甲醇选择性:转化的CO
2中生成甲醇的百分比。
已知: ①CO和H
2的标准燃烧热分别为-283.0kJ/mol和285.8kJ/mol
②H
2O(1)

H
2O(g) ∆H
3=+440kJ/mol
请回答(不考虑温度对∆H的影响):
(1)a.反应II的∆H
2=____kJ/mol。
b.800℃时,反应I和II对应的平衡常数分别为1.0和2.5,则该温度下反应:CO(g)+2H
2(g)

CH
3OH(g)的平衡常数K的数值为_____。
(2)在图中分别画出I在无催化剂、有Cat.1和有Cat.2三种情况下“反应过程-能量”示意图(在图中标注出相应的催化剂) ____。
(3)工业生产甲醇还有如下方法:CO(g)+2H
2(g)

CH
3OH(g)
副反应:2CH
3OH(g)

CH
3OCH
3(g)+H
2O(g)
若生产过理中在恒压条件下通入水蒸气,从化学平衡的角度分析该操作对生产甲醇带来的利和弊____。
(4)利用光能和光催化剂,可將CO
2和H
2O(g)转化为CH
4和O
2。紫外线照射时,在不同催化剂(1、I、III)作用下,CH
4产量随光照时间的变化如下图所示。下列说法正确的是____
A.催化剂能加快化学反应速率,在反应开始时对正反应的催化效果更好
B.从图中可知催化剂I的催化效果更好
C.若光照时间足够长,三条由线将相交于一点
D.光照15h前,无论用所给的哪种催化剂,该反应均未达到平衡
(5)人们正在研究某种锂一空气电池,它是一种环境友好的蓄电池。放电时的总反应为:4Li+O
2=2Li
2O。在充电时,阳极区发生的过程比较复杂,目前普遍认可是按两步反应进行,请补充完整。
电极反应式:______和 Li
2O
2-2e
-=2Li
++O
2