Question

【題目】催化還原CO2是解決溫室效應(yīng)及能源問題的重要手段之一，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）△H1=﹣53.7kJmol﹣1 Ⅰ
CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）△H2 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)過相同反應(yīng)時(shí)間測得如下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

T（K）	催化劑	CO2轉(zhuǎn)化率（%）	甲醇選擇性（%）
543	Cat.1	12.3	42.3
543	Cat.2	10.9	72.7
553	Cat.1	15.3	39.1
553	Cat.2	12.0	71.6

[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﹣283.0kJmol﹣1和﹣285.8kJmol﹣1 ．
②H2O（1）═H2O（g）△H3=44.0kJmol﹣1
請回答（不考慮溫度對△H的影響）：
（1）反應(yīng)I的平衡常數(shù)表達(dá)式K=；反應(yīng)Ⅱ的△H2=kJmol﹣1 ．
（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CO2轉(zhuǎn)化成CH3OH的選擇性有顯著的影響，其原因是 ．
（4）在如圖中分別畫出反應(yīng)I在無催化劑、有Cat.1和有Cat.2三種情況下“反應(yīng)過程﹣能量”示意圖．
（5）研究證實(shí)，CO2也可在酸性水溶液中通過電解生成甲醇，則生成甲醇的反應(yīng)發(fā)生在極，該電極反應(yīng)式是 ．

Answer 1

【答案】
（1）；+41.2
（2）C,D
（3）表中數(shù)據(jù)表明此時(shí)未達(dá)到平衡，不同的催化劑對反應(yīng)Ⅰ的催化能力不同，因而再該時(shí)刻下對甲醇選擇性有影響
（4）

（5）陰；CO2+6H++6e﹣=CH3OH+H2O
【解析】（1）平衡常數(shù)為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值. 已知：CO和H2的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱分別為﹣283.0kJmol﹣1和﹣285.8kJmol﹣1 ， ②H2O（1）═H2O（g）△H3=44.0kJmol﹣1 ， 可知熱化學(xué)方程式a．CO（g）+ O2（g）=CO2（g）△H=﹣283.0kJmol﹣1 ， b．H2（g）+ O2（g）=H2O（1）△H=﹣285.8kJmol﹣1 ， c．H2O（1）═H2O（g）△H3=44.0kJmol﹣1 ，
由蓋斯定律將b﹣a+c可得CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）△H2 =（﹣285.8+283.0+44）kJmol﹣1=+41.2kJmol﹣1 ，
所以答案是： ；+41.2；
（2）A．使用催化劑Cat.1，平衡不移動(dòng)，不能提高轉(zhuǎn)化率，故A錯(cuò)誤；
B、使用催化劑Cat.2，不能提高轉(zhuǎn)化率，故B錯(cuò)誤；
C、降低反應(yīng)溫度，平衡正向移動(dòng)，可增大轉(zhuǎn)化率，故C正確；
D、投料比不變，增加反應(yīng)物的濃度，衡正向移動(dòng)，可增大轉(zhuǎn)化率，故D正確；
E、增大 CO2和H2的初始投料比，可增大氫氣的轉(zhuǎn)化率，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率減小，故E錯(cuò)誤．
所以答案是：CD；
（3）從表中數(shù)據(jù)分析，在相同溫度下，不同的催化劑二氧化碳的轉(zhuǎn)化率不同，說明不同的催化劑的催化能力不同，相同的催化劑不同的溫度，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)，說明表中數(shù)據(jù)是未達(dá)到平衡數(shù)據(jù).
所以答案是：表中數(shù)據(jù)表明此時(shí)未達(dá)到平衡，不同的催化劑對反應(yīng)Ⅰ的催化能力不同，因而再該時(shí)刻下對甲醇選擇性有影響；
（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，說明催化劑Cat.2對反應(yīng)Ⅰ催化效果更好，催化劑能降低反應(yīng)的活化能，說明使用催化劑Cat.2的反應(yīng)過程中活化能更低，所以答案是： ；
（5）CO2也可在酸性水溶液中通過電解生成甲醇，C元素化合價(jià)降低，被還原，應(yīng)為電解池的陰極反應(yīng)，
所以答案是：陰；CO2+6H++6e﹣=CH3OH+H2O．
【考點(diǎn)精析】解答此題的關(guān)鍵在于理解化學(xué)平衡狀態(tài)本質(zhì)及特征的相關(guān)知識(shí)，掌握化學(xué)平衡狀態(tài)的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動(dòng)”即是動(dòng)態(tài)平衡，平衡時(shí)反應(yīng)仍在進(jìn)行；“定”即反應(yīng)混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學(xué)平衡；與途徑無關(guān)，外界條件不變，可逆反應(yīng)無論是從正反應(yīng)開始，還是從逆反應(yīng)開始，都可建立同一平衡狀態(tài)（等效），以及對化學(xué)平衡的計(jì)算的理解，了解反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率=轉(zhuǎn)化濃度÷起始濃度×100%=轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量÷起始物質(zhì)的量×100%；產(chǎn)品的產(chǎn)率=實(shí)際生成產(chǎn)物的物質(zhì)的量÷理論上可得到產(chǎn)物的物質(zhì)的量×100%．