Question

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

（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）反應生成CH3OH（g）和H2O（g），該反應的熱化學方程式是________。

（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，該電極反應可能的機理如下圖所示。

① 過程Ⅰ~Ⅲ中碳元素均發生________反應（填“氧化”或“還原”）。

② CO2轉化為LDPE的電極反應式是（補充完整并配平）________

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

③工業上生產1.4×104 kg 的LDPE，理論上需要標準狀況下CO2的體積是______L。

（3）用二氧化碳與環氧丙烷()反應合成可降解塑料PPC，同時也能生成副產物CPC，其化學反應過程中的能量變化如下圖所示；在不同溫度和壓強下，PPC的選擇性（產物中PPC的質量與產物總質量的比值）和總產率（產物總質量與反應物投料總質量的比值）如下表所示。

①通過表中數據ⅰ、ⅱ、ⅲ可以得出的結論是________；在25℃時，實際生產中選擇反應壓強為1.5MPa，而不是2.0MPa，理由是________。

②通過表中數據ⅱ、ⅳ、ⅴ可知溫度升高會使PPC的選擇性下降，結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，壓強升高，PPC的選擇性及總產率均增大 壓強升高，對生產設備、能源等要求高，成本增大；且壓強由1.5MPa增大到2.0PMa，總產率增大并不多 溫度升高，可能生成了副產物CPC

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

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

②2nCO2→，碳的化合價由+4降到-2價，每個碳得6個電子，則2n個CO2共得12n個電子，根據電荷守恒可得電極反應：。

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

（3）①根據表格數據可知，ⅰ、ⅱ、ⅲ的反應溫度相同、壓強不同，隨著壓強的增大，總產率增大，PPC的選擇性也增大，故可得出結論：其他條件不變時，壓強升高，PPC的選擇性及總產率均增大。

②ⅱ和�？偖a率接近，PPC的選擇性也接近，而壓強升高，對生產設備、能源等要求高，成本增大，所以選擇條件ⅱ的理由是：壓強升高，對生產設備、能源等要求高，成本增大；且壓強由1.5MPa增大到2.0PMa，總產率增大并不多。

③根據圖上可知二氧化碳與環氧丙烷反應合成可降解塑料PPC，同時也能生成副產物CPC，所以升高溫度，PPC的選擇性下降，可能原因為溫度升高，可能生成了副產物CPC。