19. 我国力争于2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。研发二氧化碳的碳捕集和碳利用技术是科学研究的热点问题。实现碳达峰、碳中和目标的有效方式之一是CO
2加氢生产甲醇(CH
3OH),反应体系中发生如下反应:
ⅰ.CO(g)+2H
2(g)
CH
3OH(g)
∆H
1=-90.77kJ/mol
ⅱ.CO
2(g)+H
2(g)
CO(g)+H
2O(g)
∆H
2=+41.21kJ/mol
ⅲ.CO
2(g)+3H
2(g)
CH
3OH(g)+H
2O(g)
∆H
3(1)∆H
3=
___________kJ/mol;反应ⅰ、ⅱ、ⅲ在不同温度下对应的平衡常数如图1所示,220℃时,反应ⅰ的平衡常数K=8.1×10
-3,则220℃时,反应ⅲ的平衡常数K=
___________。
(2)在催化剂作用下,往容积为2L的刚性容器中通入1molCO
2(g)和3molH
2(g),发生反应ⅰ、ⅱ、ⅲ,不同温度下CO
2的平衡转化率和甲醇的选择性【甲醇的选择性=
】如图2所示。
①在T℃时,若仅发生反应ⅲ,下列说法能证明反应ⅲ达到平衡状态的是
___________(填标号)。
A.容器内混合气体的密度不再改变
B.容器内二氧化碳与水的物质的量之比不再改变
C.容器内总压强不再改变
D.碳原子数目不再改变
②甲醇的选择性随温度的升高而降低的原因可能是
___________;T℃下反应ⅱ的平衡常数K=
___________(保留小数点后3位)。
(3)在In
2O
3表面可以实现CO
2加氢合成甲醇:CO
2(g)+3H
2(g)
CH
3OH(g)+H
2O(g)
∆H
3,反应历程如图3,下列说法正确的是___________(填标号)。
A.In2O3能提高CO2的平衡转化率 | B.反应过程中,CO2发生了还原反应 |
C.In2O3会使|∆H3|的数值减小 | D.In2O3提高了活化分子百分数 |
(4)利用光电催化原理,由CO
2和H
2O也可制备CH
3OH,装置如图4所示,不同催化剂下生成CH
3OH的法拉第效率与电极电势的关系如图5所示(已知法拉第效率是指实际生成物和理论生成物的百分比)。
①为了保证生成甲醇的法拉第效率在较高水平,最合适的电势及最佳催化剂是
___________。
②写出光电催化装置图中右侧的电极反应式:
___________。