10. 我国提出2060年前实现碳中和,降低大气中CO
2含量是当今世界重要科研课题之一,以CO
2为原料制备甲烷、戊烷、甲醇等能源物质具有较好的发展前景。回答下列问题:
(1)CO
2在固体催化剂表面加氢合成甲烷过程中发生以下两个反应:
主反应:CO
2(g)+4H
2(g)
CH
4(g)+2H
2O(g) ∆
H1=-156.9 kJ·mol
-l副反应:CO
2(g)+H
2(g)
CO(g)+H
2O(g) ∆
H2=+41.1 kJ·mol
-1①已知:2H
2(g)+O
2(g)=2H
2O(g)
△H3=-395.6 kJ·mol
-1,则CH
4燃烧的热化学方程式CH
4(g)+2O
2(g)=CO
2(g)+2H
2O(g)
△H=
___________。
②加氢合成甲烷时,为使反应有较高的反应速率,通常控制温度为500℃左右,其主要原因为
___________。
③500℃时,向1 L恒容密闭容器中充入4 mol CO
2和12 mol H
2,初始压强为p,20 min时主、副反应都达到平衡状态,测得
c(H
2O)=5 mol·L
-1,体系压强为
,则0~ 20 min内
v(CH
4)=
___________,平衡时CH
4选择性=
___________(CH
4选择性
× 100%, 计算保留三位有效数字)。
(2)我国科研人员将CO
2和H
2在Na-Fe
3O
4 / HZSM-5催化下转变为汽油(C
5~C
11的烃),反应过程如下图所示。
①若CO
2在该条件下转化为戊烷(C
5H
12),则该反应的化学方程式为
___________。
②催化剂中的Fe
3O
4可用电解法制备。电解时以Fe作电极,电解质溶液为稀硫酸,铁电极的反应式为
___________(需标注电极名称)。
(3)甲醇催化制取乙烯的过程中发生如下反应:
反应1:3CH
3OH(g)
C
3H
6(g)+3H
2O(g);
反应2:2CH
3OH(g)
C
2H
4(g)+2H
2O(g)
反应1的Arrhenius经验公式的实验数据如图中曲线a所示,已知Arhenius经验公式RInk=
(Ea为活化能,k为速率常数,R和C为常数)。则该反应的活化能Ea=
___________kJ·mol
-l。当改变外界条件时,实验数据如图中的曲线b所示,则实验可能改变的外界条件是
___________。