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)生兩個平衡反應(yīng)，分別生成CH3OH和CO。反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：

CO2（g）+3 H2（g） CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1=-53.7kJ·mol-1 I

CO2（g）+ H2（g） CO（g）+H2O（g）ΔH2 II

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)時間測得如下實驗數(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中生成甲醛的百分比

已知：①CO和H2的標(biāo)準燃燒熱分別為-283.0kJ·mol-1和-285.8kJ·mol-1

②H2O（l） H2O（g） ΔH3=44.0kJ·mol-1

請回答（不考慮溫度對ΔH的影響）：

（1）反應(yīng)I的平衡常數(shù)表達式K= ；反應(yīng)II的ΔH2= kJ·mol-1。

（4）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。

Answer 1

【答案】（1） +41.2

（4）

【解析】

試題分析：（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 。有熱化學(xué)方程式為：a:CO（g）+O2（g）=CO2（g） △H= -283.0kJ·mol-1 b：H2（g）+O2（g）=H2O （l）△H=-285.8kJ·mol-1 c: H2O（l） H2O（g） ΔH3=44.0kJ·mol-1根據(jù)蓋斯定律分析，b-a+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·mol-1。

（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的催化效果更好，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：