Question

【題目】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=-53.7kJ·mol-1 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】催化劑.1:Cu/ZnO納米棒；催化劑.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-283.0kJ·mol-1和-285.8kJ·mol-1

②H2O（l）H2O（g）ΔH3=44.0kJ·mol-1

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·mol-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.1 B．使用催化劑.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__________________________。

Answer 1

【答案】 +41.2 CD 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

【解析】試題分析：（1）化學(xué)平衡常數(shù)是平衡狀態(tài)時(shí)生成物與反應(yīng)物的濃度(方程式系數(shù)冪次方)乘積比；根據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)II的ΔH2；（2）根據(jù)影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素分析CO2的平衡轉(zhuǎn)化率；(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。

解析：（1）化學(xué)平衡常數(shù)是平衡狀態(tài)時(shí)生成物與反應(yīng)物的濃度(方程式系數(shù)冪次方)乘積比K=； CO和H2的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱分別為-283.0kJ·mol-1和-285.8kJ·mol-1，則

①CO（g）+ O2（g）= CO2（g） -283.0kJ·mol-1

②H2（g） O2（g）= H2O（l）ΔH=-285.8kJ·mol-1

③H2O（l）H2O（g）ΔH3=44.0kJ·mol-1

根據(jù)蓋斯定律②＋③－①得CO2（g）+H2（g） CO（g）+H2O（g）ΔH2=+41.2 kJ·mol-1；（2）催化劑不能使平衡移動(dòng)，故AB錯(cuò)誤。 C．反應(yīng)放熱，降低反應(yīng)溫度，平衡正向移動(dòng)，CO2平衡轉(zhuǎn)化率增大，故C正確；

投料比不變，增加反應(yīng)物的濃度，壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)，CO2平衡轉(zhuǎn)化率增大，故D正確； 增大CO2和H2的初始投料比，CO2平衡轉(zhuǎn)化率減小，故E錯(cuò)誤。

(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。