Question

【題目】催化還原CO2是解決溫室效應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可發生兩個平行反應，分別生成CH3OH和CO。反應的熱化學方程式如下：

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，經過相同反應時間測得如下實驗數據：

【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I的平衡常數表達式K=_________；反應II的ΔH2=_____________kJ·mol-1。

（2）有利于提高CO2轉化為CH3OH平衡轉化率的措施有_________________。

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】 +41.2 CD 表中數據表明此時反應未達到平衡，不同的催化劑對反應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】試題分析：（1）化學平衡常數是平衡狀態時生成物與反應物的濃度(方程式系數冪次方)乘積比；根據蓋斯定律計算反應II的ΔH2；（2）根據影響化學平衡移動的因素分析CO2的平衡轉化率；(3)表中數據表明此時反應未達到平衡，不同的催化劑對反應Ⅰ的催化能力不同。

解析：（1）化學平衡常數是平衡狀態時生成物與反應物的濃度(方程式系數冪次方)乘積比K=； CO和H2的標準燃燒熱分別為-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，故AB錯誤。 C．反應放熱，降低反應溫度，平衡正向移動，CO2平衡轉化率增大，故C正確；

投料比不變，增加反應物的濃度，壓強增大，平衡正向移動，CO2平衡轉化率增大，故D正確； 增大CO2和H2的初始投料比，CO2平衡轉化率減小，故E錯誤。

(3)表中數據表明此時反應未達到平衡，不同的催化劑對反應Ⅰ的催化能力不同，因而在該時刻下對甲醇選擇性有影響。