Question

【題目】化學學科理論和實踐的發展遵循其內在規律，在相近的知識體系間有著密切關聯性。

I.分析下列有關電化學裝置圖

（1）圖2裝置原電池相比圖1裝置原電池可獲得較長時間的穩定的電流，原因是_________________________________。

（2）將圖2裝置中CuSO4溶液為電解質溶液，鹽橋用銅導線代替后變為圖3裝置，該裝置從左到右電極名稱依次是_________________________________。

（3）圖4裝置中d處電極反應式為：______________________。

（4）根據相同原理，圖5裝置中兩個石墨電極附近有氣泡產生，___________處能析出銅。

Ⅱ·溫室效應使地球變曖成為人類社會急需解決的重要環境問題。研究表明，在 Cu/ZnO催化劑存在下，H2可還原CO2，發生如下兩個平行反應：

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=－53.7kJ ·mol－1

CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2

相同投料和壓強下，經過相同反應時間測得如下實驗數據：

注：M--Cu/ZnO納米棒；N--Cu/ZnO納米片；甲醇選擇性：轉化的CO2中生成甲醇的百分比

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

②H2O(l)=H2O(g) △H3=+44.0 kJ·mol-1，請回答(不考慮溫度對△H的影響)：

（1）有利于生成甲醇反應的平衡常數表達式K=______________。

（2）提高CO2轉化為CH3OH平衡轉化率的措施有___________。

A.使用催化劑M B.使用催化劑N

C.降低反應溫度 D.投料比不變，增加反應物的濃度

E.增大CO2和H2的初始投料比

（3）表中實驗數據表明，在相同溫度下不同的催化劑對CO2轉化成CH3OH的選擇性有顯著的影響，其原因是____________________________________________。

Answer 1

【答案】氧化反應和還原反應分開在不同區域進行 負極、正極、陽極、陰極 2H＋＋2e－=H2↑或2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－ m、n、左側石墨電極 c(CH3OH)·c(H2O)/[c(CO2)·c3(H2)] CD 此時反應未達到平衡，不同的催化劑對反應的催化能力不同

【解析】

I.（1）根據圖1和圖2裝置，圖2裝置可獲得較長時間穩定電流的原因是氧化反應和還原反應分開在不同區域進行；

（2）圖3中左側裝置為原電池，右側裝置為電解池，Zn比銅活潑，左側中Zn為負極，Cu為正極，右側裝置從左向右分別為陽極、陰極；

（3）裝置右端石墨為陽極，則d極為陰極，根據電解原理，d極反應式為：2H＋＋2e－=H2↑或2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－；

（4）根據電解原理，左側石墨為陰極，右側石墨為陽極，圖5中應有三個電解池，能析出金屬銅的是m、n、左側石墨電極；

II.（1）根據平衡常數的定義，生成甲醇反應的平衡常數K=c(CH3OH)·c(H2O)/[c(CO2)·c3(H2)]；

（2）A、催化劑對化學平衡移動無影響，故A不符合題意；

B、根據A選項分析，故B不符合題意；

C、該反應為放熱反應，降低反應溫度，平衡向正反應方向移動，CO2轉化為甲醇的平衡轉化率增大，故C符合題意；

D、投料比不變，增加反應物的濃度，相當于增大壓強，平衡向正反應方向移動，CO2轉化為甲醇的平衡轉化率增大，故D符合題意；

E、增大CO2和H2的初始投料比，即增大CO2的量，雖然平衡向正反應方向移動，但CO2轉化為甲醇的平衡轉化率降低，故E不符合題意；

（3）催化劑對化學平衡移動無影響，根據表中數據，說明反應未達到平衡，因此原因：此時反應未達到平衡，不同的催化劑對反應的催化能力不同。