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(2021高二上·浙江期中)
“碳中和”引起各国的高度重视,正成为科学家研究的主要课题。利用CO2合成二甲醚有两种工艺。
工艺1:先在设备一加氢合成甲醇,涉及以下主要反应:
Ⅰ.甲醇的合成:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
Ⅱ.逆水汽变换:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
再通过设备二由甲醇脱水合成二甲醚。
Ⅲ.甲醇脱水:2 CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)
工艺2:在双功能催化剂作用下,由CO2加氢直接得到二甲醚。
已知:相关物质变化的示意图如下:
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(1)
请写出工艺2中CO2直接加氢合成CH3OCH3(g) (反应Ⅳ)的热化学方程式:。
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(2)
工艺1需先在设备一先合成甲醇。在不同压强下,按照n(CO
2):n(H
2)=1:3投料合成甲醇,实验测定CH
3OH的平衡产率(图甲)和CO
2的平衡转化率(图乙)随温度的变化关系如下图所示。
下列说法正确的有____。
A . 反应Ⅰ在较低温度下可以自发进行
B . p1>p2>p3
C . 为了同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率,应选择低温、高压的反应条件
D . 一定温度、压强下,寻找活性更高的催化剂是提高CO2的平衡转化率的主要研究方向
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(3)
解释图乙中压强一定时,曲线随温度变化先降后升的原因。
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(4)
假定工艺2在一定温度下,控制在0.6L的恒容容器中进行,不考虑其他副反应,将1mol CO2与3molH2与双能催化剂充分接触反应,测定CO2的平衡转化率为80%,求此温度下反应Ⅳ的平衡常数K=。
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(5)
工艺2使用的双功能催化剂通常由甲醇合成活性中心和甲醇脱水活性中心组成,前者常采用铜基催化剂,后者主要是γ-Al
2O
3。在一定条件下将CO
2与H
2以1:3投料比通过双功能催化剂,测定含碳产物的物质的量分数随时间变化如图所示。研究发现,采用Li -Pd/SiO
2代替铜基催化剂在甲醇合成阶段有更佳的催化效果。在图上画出采用Li -Pd/SiO
2与复合催化剂作用下,CH
3OH物质的量分数随时间(10min-70min)变化的曲线。
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