Question

【题目】二氧化碳是主要的温室气体，也是一种工业原料。将其固定及利用，有利于缓解温室效应带来的环境问题。

（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

在催化剂作用下，CO2（g）和H2（g）反应生成CH3OH（g）和H2O（g），该反应的热化学方程式是________。

（2）用二氧化碳合成低密度聚乙烯（LDPE）。以纳米二氧化钛膜为工作电极，常温常压电解CO2，可制得LDPE，该电极反应可能的机理如下图所示。

① 过程Ⅰ~Ⅲ中碳元素均发生________反应（填“氧化”或“还原”）。

② CO2转化为LDPE的电极反应式是（补充完整并配平）________

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

③工业上生产1.4×104 kg 的LDPE，理论上需要标准状况下CO2的体积是______L。

（3）用二氧化碳与环氧丙烷()反应合成可降解塑料PPC，同时也能生成副产物CPC，其化学反应过程中的能量变化如下图所示；在不同温度和压强下，PPC的选择性（产物中PPC的质量与产物总质量的比值）和总产率（产物总质量与反应物投料总质量的比值）如下表所示。

①通过表中数据ⅰ、ⅱ、ⅲ可以得出的结论是________；在25℃时，实际生产中选择反应压强为1.5MPa，而不是2.0MPa，理由是________。

②通过表中数据ⅱ、ⅳ、ⅴ可知温度升高会使PPC的选择性下降，结合上图说明其原因可能是______。

Answer 1

【答案】 3H2(g) +CO2(g)＝CH3OH(g) + H2O(g) △H＝－52 kJ/mol 还原 2.24×107 其他条件不变时，压强升高，PPC的选择性及总产率均增大 压强升高，对生产设备、能源等要求高，成本增大；且压强由1.5MPa增大到2.0PMa，总产率增大并不多 温度升高，可能生成了副产物CPC

【解析】（1）将上述两个已知反应分别编号为①、②，根据盖斯定律，①× -②×可得目标方程式：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H=－52 kJ/mol；

（2）①CO2→CO2－→CO→∶CH2，碳的化合价的变化为+4→+3→+2→-2价，均为碳被还原的过程，故碳元素均发生还原反应。

②2nCO2→，碳的化合价由+4降到-2价，每个碳得6个电子，则2n个CO2共得12n个电子，根据电荷守恒可得电极反应：。

①生产1.4×104 kg ，即生产1.4×107g。根据2nCO2~，可知CO2的物质的量为=1.0×106mol，CO2的体积等于1.0×106mol×22.4L/mol=2.24×107 L。

（3）①根据表格数据可知，ⅰ、ⅱ、ⅲ的反应温度相同、压强不同，随着压强的增大，总产率增大，PPC的选择性也增大，故可得出结论：其他条件不变时，压强升高，PPC的选择性及总产率均增大。

②ⅱ和ⅲ总产率接近，PPC的选择性也接近，而压强升高，对生产设备、能源等要求高，成本增大，所以选择条件ⅱ的理由是：压强升高，对生产设备、能源等要求高，成本增大；且压强由1.5MPa增大到2.0PMa，总产率增大并不多。

③根据图上可知二氧化碳与环氧丙烷反应合成可降解塑料PPC，同时也能生成副产物CPC，所以升高温度，PPC的选择性下降，可能原因为温度升高，可能生成了副产物CPC。