電化學(xué)還原CO2將其轉(zhuǎn)化為其它化學(xué)產(chǎn)品,是一種綜合利用CO2的好方法。
已知:選擇性(S)和法拉第效率(FE)的定義:
S(B)=n(生成B所用的CO2)陰極吸收的CO2×100%
FE(B)=n(生成B所用的電子)n(通過電極的電子)×100%
(1)堿性電化學(xué)還原CO2前,先在中性電解液中通電一段時(shí)間,pH及電流穩(wěn)定后,再通CO2。在陰極區(qū)若CO2每得到1mol電子,同時(shí)H2O也會(huì)得到等物質(zhì)的量的電子,且陰極區(qū)電解液的pH幾乎保持不變(忽略溶液體積變化)。
①補(bǔ)全陰極產(chǎn)生CH4的電極反應(yīng):11CO2+8e-8e-+6H2O6H2O═11CH4+8OH-8OH-。
②陰極附近因?yàn)榘l(fā)生反應(yīng) CO2+2OH-=CO2-3+H2OCO2+2OH-=CO2-3+H2O(用離子方程式表示),生成的CO2-3難以放電,降低了S(CH4)。結(jié)合上述信息,S(CH4)的理論最大值為 1919。
③結(jié)合化學(xué)用語分析陽極區(qū)產(chǎn)生CO2的原因是 陽極去反應(yīng)為:2H2O-4e-=O2↑+4H+,陰極區(qū)產(chǎn)生的CO2-3透過陰離子交換膜進(jìn)入陽極,發(fā)生反應(yīng):CO2-3+2H+=CO2↑+H2O陽極去反應(yīng)為:2H2O-4e-=O2↑+4H+,陰極區(qū)產(chǎn)生的CO2-3透過陰離子交換膜進(jìn)入陽極,發(fā)生反應(yīng):CO2-3+2H+=CO2↑+H2O。
(2)控制pH=1、電解液中存在KCl時(shí),電化學(xué)還原CO2過程中CH4(其他含碳產(chǎn)物未標(biāo)出)和H2的法拉第效率變化如圖3所示。
①結(jié)合圖3的變化規(guī)律,推測(cè)KCl可能的作用是 KCl的存在有利于CO2還原成CH4,不利于生成氫氣(或者KCl的濃度大于1mol?L-1時(shí),KCl抑制了陰極產(chǎn)生氫氣,提高了CO2電化學(xué)還原生成CH4的選擇性)KCl的存在有利于CO2還原成CH4,不利于生成氫氣(或者KCl的濃度大于1mol?L-1時(shí),KCl抑制了陰極產(chǎn)生氫氣,提高了CO2電化學(xué)還原生成CH4的選擇性)。
②c(KCl)=3mol?L-1時(shí),11.2L(已折合為標(biāo)準(zhǔn)狀況,下同)的CO2被完全吸收并還原為CH4和C2H4,分離H2后,將CH4和C2H4混合氣體通入如圖4所示裝置(反應(yīng)完全),出口處收集到氣體6.72L,則FE(C2H4)為 10%10%。
n
(
生成
B
所用的
CO
2
)
陰極吸收的
C
O
2
n
(
生成
B
所用的電子
)
n
(
通過電極的電子
)
CO
2
-
3
CO
2
-
3
CO
2
-
3
1
9
1
9
CO
2
-
3
CO
2
-
3
CO
2
-
3
CO
2
-
3
【考點(diǎn)】電解原理;原電池與電解池的綜合.
【答案】1;8e-;6H2O;1;8OH-;CO2+2OH-=+H2O;;陽極去反應(yīng)為:2H2O-4e-=O2↑+4H+,陰極區(qū)產(chǎn)生的透過陰離子交換膜進(jìn)入陽極,發(fā)生反應(yīng):+2H+=CO2↑+H2O;KCl的存在有利于CO2還原成CH4,不利于生成氫氣(或者KCl的濃度大于1mol?L-1時(shí),KCl抑制了陰極產(chǎn)生氫氣,提高了CO2電化學(xué)還原生成CH4的選擇性);10%
CO
2
-
3
1
9
CO
2
-
3
CO
2
-
3
【解答】
【點(diǎn)評(píng)】
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發(fā)布:2024/4/20 14:35:0組卷:94引用:4難度:0.5
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