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

某實驗室控制CO2和H2初始投料比為1：2.2，在相同壓強下，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中生成甲醇的百分比

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）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=___；

（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）表中實驗數(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___。

Answer 1

【答案】 CD 表中數(shù)據(jù)表明此時反應(yīng)未達到平衡，不同的催化劑對反應(yīng)Ⅰ的催化能力不同，因而在該時刻下對甲醇選擇性有影響

【解析】

（1）平衡常數(shù)是生成物的濃度冪之積與反應(yīng)物的濃度冪之積的比值，反應(yīng)I為：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)其平衡常數(shù)：，故答案為：。

（2）A. 使用催化劑，只改變反應(yīng)速率，平衡不移動，不能提高轉(zhuǎn)化率，A錯誤；

B. 使用催化劑，只改變反應(yīng)速率，平衡不移動，不能提高轉(zhuǎn)化率，B錯誤；

C. 反應(yīng)I為放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡正向移動，提高CO2的轉(zhuǎn)化率，C正確；

D. 投料比不變，增加反應(yīng)濃度，平衡正向移動，提高CO2的轉(zhuǎn)化率，D正確；

E. 增大二氧化碳和氫氣的初始投料比，能提高氫氣的轉(zhuǎn)化率，二氧化碳的會降低，E錯誤；故答案為：CD。

（3）從表格數(shù)據(jù)分析，在相同的溫度下，不同的催化劑，相同的反應(yīng)時間內(nèi)，其二氧化碳的轉(zhuǎn)化率也不同，說明不同的催化劑的催化能力不同；相同催化劑不同的溫度，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率不同，且溫度高的轉(zhuǎn)化率大，因為正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，說明表中數(shù)據(jù)是未到平衡數(shù)據(jù)，故答案為：表中數(shù)據(jù)表明此時反應(yīng)未達到平衡，不同的催化劑對反應(yīng)Ⅰ的催化能力不同，因而在該時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，故答案為：。