Question

【題目】[2016·浙江節(jié)選]催化還原CO2是解決溫室效應(yīng)及能源問(wèn)題的重要手段之一。研究表明，在Cu/ZnO催化劑存在下，CO2和H2可發(fā)生兩個(gè)平行反應(yīng)，分別生成CH3OH和CO。反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：

CO2（g）+3H2（g） CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1=53.7 kJ·mol1 I

CO2（g）+ H2（g） CO（g）+H2O（g） ΔH2 II

某實(shí)驗(yàn)室控制CO2和H2初始投料比為1：2.2，在相同壓強(qiáng)下，經(jīng)過(guò)相同反應(yīng)時(shí)間測(cè)得如下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

【備注】Cat.1：Cu/ZnO納米棒；Cat.2：Cu/ZnO納米片；甲醇選擇性：轉(zhuǎn)化的CO2中生成甲醇的百分比

已知：①CO和H2的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱分別為283.0 kJ·mol1和285.8 kJ·mol1

②H2O(l)H2O（g） ΔH3=44.0 kJ·mol1

請(qǐng)回答（不考慮溫度對(duì)ΔH的影響）：

（1）反應(yīng)I的平衡常數(shù)表達(dá)式K= ；反應(yīng)II的ΔH2= kJ·mol1。

（2）有利于提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率的措施有 。

A．使用催化劑Cat.1

B．使用催化劑Cat.2

C．降低反應(yīng)溫度

D．投料比不變，增加反應(yīng)物的濃度

E．增大CO2和H2的初始投料比

（3）表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在相同溫度下不同的催化劑對(duì)CO2轉(zhuǎn)化成CH3OH的選擇性有顯著的影響，其原因是 。

（4）在圖中分別畫出反應(yīng)I在無(wú)催化劑、有Cat.1和有Cat.2三種情況下“反應(yīng)過(guò)程~能量”示意圖。

Answer 1

【答案】（1） +41.2 （2）CD

（3）表中數(shù)據(jù)表明此時(shí)反應(yīng)未達(dá)到平衡，不同的催化劑對(duì)反應(yīng)Ⅰ的催化能力不同，因而在該時(shí)刻下對(duì)甲醇選擇性有影響

（4）

【解析】（1）根據(jù)平衡常數(shù)的公式，生成物的濃度冪之積與反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，書寫平衡常數(shù)為 。已知熱化學(xué)方程式：a：CO(g)+O2(g) CO2(g) ΔH= 283.0 kJ·mol1 b：H2(g)+O2(g) H2O(l) ΔH=285.8 kJ·mol1 c： H2O(l)H2O（g）ΔH3=44.0 kJ·mol1，根據(jù)蓋斯定律分析，ba+c即可得熱化學(xué)方程式為：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=285.8+283.0+44=+41.2 kJ·mol1。

（2）反應(yīng)Ⅰ中A、使用催化劑，平衡不移動(dòng)，不能提高轉(zhuǎn)化率，錯(cuò)誤；B、使用催化劑，平衡不移動(dòng)，不能提高轉(zhuǎn)化率，錯(cuò)誤；C、降低反應(yīng)溫度，平衡正向移動(dòng)，提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率，正確；D、投料比不變，增加反應(yīng)的濃度，平衡正向移動(dòng)，提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率，正確；E、增大二氧化碳和氫氣的初始投料比，能提高氫氣的轉(zhuǎn)化率，二氧化碳的會(huì)降低，故錯(cuò)誤。故選CD。

（3）從表格數(shù)據(jù)分析，在相同的溫度下，不同的催化劑，相同的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，其二氧化碳的轉(zhuǎn)化率也不同，說(shuō)明不同的催化劑的催化能力不同；相同催化劑不同的溫度，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率不同，且溫度高的轉(zhuǎn)化率大，因?yàn)檎�反�?yīng)為放熱反應(yīng)，說(shuō)明表中數(shù)據(jù)是未到平衡數(shù)據(jù)。所以答案為：表中數(shù)據(jù)表明此時(shí)反應(yīng)未達(dá)到平衡，不同的催化劑對(duì)反應(yīng)Ⅰ的催化能力不同，因而在該時(shí)刻下對(duì)甲醇選擇性有影響。

（4）從表中數(shù)據(jù)分析，在催化劑Cat.2的作用下，甲醇的選擇性更大，說(shuō)明催化劑Cat.2對(duì)反應(yīng)Ⅰ的催化效果更好，催化劑能降低反應(yīng)的活化能，說(shuō)明使用催化劑Cat.2的反應(yīng)過(guò)程中活化能更低，故圖為：。