Question

2．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：
Ⅰ． CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-53.7kJ•mol^-1 K₁
Ⅱ． CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₂     K₂
（1）反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)表達(dá)式K₁=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$．若其它條件不變，升高溫度，則該反應(yīng)的逆反應(yīng)速率增大（填“增大”、“減小”、“不變”或“無法判斷”）．
（2）反應(yīng)Ⅱ還可以通過下列反應(yīng)獲得：
Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g）△H₃       K₃
Fe（s）+H₂O（g）?FeO（s）+H₂（g）△H₄       K₄
在不同溫度時(shí)K₃、K₄的值如下表1：

	700℃	900℃
K3	1.47	2.15
K4	2.38	1.67

請(qǐng)回答（不考慮溫度對(duì)△H的影響）：
△H₂=△H₃-△H₄（用△H₃和△H₄表示），K₂=$\frac{{K}_{3}}{{K}_{4}}$ （用K₃和K₄表示），反應(yīng)Ⅱ?qū)儆谖鼰岱磻?yīng)（填“放熱”或“吸熱”）．
（3）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(cè)得如下表2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：$\frac{Cu}{ZnO}$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．
①在Cu/ZnO催化劑存在下，有利于提高CO₂轉(zhuǎn)化為CH₃OH平衡轉(zhuǎn)化率的措施有CD．
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
②表2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，其原因是表中數(shù)據(jù)表明此時(shí)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．

Answer 1

分析 （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；溫度升高，反應(yīng)速率加快，包括正逆反應(yīng)速率均增大；
（2）根據(jù)蓋斯定律反應(yīng) CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）可以有①Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g）和②Fe（s）+H₂O（g）?FeO（s）+H₂（g）通過①-②得到，由此計(jì)算△H₂和K₂，通過計(jì)算700℃和900℃時(shí)K₂的值，并結(jié)合平衡常數(shù)的影響因素判斷此反應(yīng)是放熱還是吸熱反應(yīng)；
（3）①由CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-53.7kJ•mol^-8 可知提高CO₂轉(zhuǎn)化為CH₃OH平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡向正向移動(dòng)，可降低溫度，增大濃度；
②不同的催化劑的催化能力不同，且催化劑具有選擇性．

解答 解：（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，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$，若其它條件不變，升高溫度，反應(yīng)的逆反應(yīng)速率增大，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$；增大；
（2）反應(yīng) CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）可以有①Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g）和②Fe（s）+H₂O（g）?FeO（s）+H₂（g）通過①-②得到，根據(jù)蓋斯定律可知，△H₂=△H₃-△H₄，K₂=$\frac{{K}_{3}}{{K}_{4}}$，則700℃時(shí)K₂=$\frac{{K}_{3}}{{K}_{4}}$=$\frac{1.47}{2.38}$=0.62，和900℃時(shí)K₂=$\frac{{K}_{3}}{{K}_{4}}$=$\frac{2.15}{1.67}$=1.29，可知此反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度的升高而增大，即溫度升高，平衡正向移動(dòng)，可知此反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；
故答案為：△H₃-△H₄；$\frac{{K}_{3}}{{K}_{4}}$；吸熱；
（3）①A．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．
故答案為：CD；
②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)，
故答案為：表中數(shù)據(jù)表明此時(shí)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．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡的計(jì)算，平衡移動(dòng)以及熱化學(xué)方程式、電化學(xué)等知識(shí)，為高考常見題型，題目難度中等，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、計(jì)算能力的考查，注意把握蓋斯定律的應(yīng)用，電解池的工作原理等知識(shí)．