Question

5．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=-53.7kJ•mol^-1    I　CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₂Ⅱ
某實驗室控制CO₂和H₂初始投料比為1：2.2，經(jīng)過相同反應(yīng)時間測得如實驗數(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中生成甲醛的百分比；
已知：①CO和H₂的標準燃燒熱分別為-283.0kJ•mol^-1和-285.8kJ•mol^-1
②H₂O（l）═H₂O（g）△H₃=44.0kJ•mol^-1
請回答（不考慮溫度對△H的影響）：反應(yīng)II的△H₂=+41.2kJ•mol^-1．
在圖中分別畫出I在無催化劑、有Cat.1和由Cat.2三種情況下“反應(yīng)過程-能量”示意圖（在圖中標注出相應(yīng)的曲線）

Answer 1

分析 ②已知：CO和H₂的標準燃燒熱分別為-283.0kJ•mol^-1和-285.8kJ•mol^-1，②H₂O（1）═H₂O（g）△H₃=44.0kJ•mol^-1，可知熱化學(xué)方程式
a．CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1，
b．H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（1）△H=-285.8kJ•mol^-1，
c．H₂O（1）═H₂O（g）△H₃=44.0kJ•mol^-1，利用蓋斯定律可計算CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的反應(yīng)熱；
加入催化劑，可降低反應(yīng)的活化能，催化能力越強，活化能越低，但反應(yīng)熱不變．

解答 解：②已知：CO和H₂的標準燃燒熱分別為-283.0kJ•mol^-1和-285.8kJ•mol^-1，②H₂O（1）═H₂O（g）△H₃=44.0kJ•mol^-1，可知熱化學(xué)方程式
a．CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1，
b．H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（1）△H=-285.8kJ•mol^-1，
c．H₂O（1）═H₂O（g）△H₃=44.0kJ•mol^-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）kJ•mol^-1=+41.2kJ•mol^-1，
故答案為：+41.2；
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，故圖為，
故答案為：．

點評 本題考查反應(yīng)熱的計算，據(jù)催化劑，可降低反應(yīng)的活化能，但反應(yīng)熱不變進行繪圖，本題難度中等．