Question

工業上在催化劑作用下可利用CO合成甲醇：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)，圖1表示反應過程中能量的變化情況。

請回答下列問題：
（1）在圖I中，曲線______(填“a”或“b”）表示使用了催化劑；該反應屬于______(填“吸熱”或“放熱”）反應。
（2）為探究外界條件對合成甲醇化學反應速率的影響規律，某科技工作者設計了以下三組實驗，部分數據已填人表中，請補充完整。

實驗組	T/℃	起始濃度/mol?L－1		等質量催化劑的 比表面積/m2?g－1
		CO	H2
①	280	1.20×10－3	5.80×10－3	82
②	280	1.20×10－3	5.80×10－3	124
③	350			124

 
其中設計實驗組①和②的目的是______。
（3）“圖2”所揭示的規律是：在p₁壓強達平衡時______；并請畫出在p₂壓強下（p₂> p₁)的曲線。
（4）在堿性條件下可將合成甲醇的反應設計成原電池，則負極的電極反應式為______。

Answer 1

（15分）
（1）b（2分）  放熱（2分）
（2）1.20×10^－3（1分）    5.80×10^－3（1分） 探究等質量催化劑的比表面積不同時對合成甲醇化學反應速率的影響規律（2分，其它合理答案也給分）
（3）CO的轉化率隨溫度的升高而降低（2分）

（4）H₂ —2e^－+2OH^－=2H₂O（3分）

試題分析：（1）讀圖1，催化劑能降低反應的活化能，曲線a代表正或逆反應的活化能高于曲線b，所以b表示使用了催化劑，a表示未使用催化劑；放熱反應中反應物總能量高于生成物總能量，吸熱反應中反應物總能量低于生成物總能量，圖中1molCO和2molH₂的總能量高于1molCH₃OH(g)的總能量，所以該反應是放熱反應，△H=—91kJ/mol；（2）只改變一個變量進行探究，才能更快得外界條件影響化學反應速率的規律，這是設計實驗的基本原則，實驗②③的溫度分別是280℃、350℃，則CO和H₂的起始濃度、等質量催化劑的比表面積都應該相同，所以CO和H₂的起始濃度分別為1.20×10^－3mol/L、5.80×10^－3mol/L；實驗①②的溫度、CO和H₂的起始濃度都相同，等質量催化劑的比表面積分別為82m²/g、124m²/g，所以這組實驗的目的是探究等質量催化劑的比表面積不同時對合成甲醇化學反應速率的影響規律；（3）讀圖2，橫縱坐標分別表示溫度、CO轉化率，當壓強不變時，曲線表示CO的轉化率隨溫度升高而降低；當溫度不變時，由于正反應是氣體體積減小的反應，增大壓強平衡向正反應方向移動，CO的平衡轉化率增大，由此推斷p₂時曲線高于p₁時曲線；（4）反應CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)中出碳元素由+2降為—2，氫元素由0升為+1，說明CO得到電子，發生還原反應，而H₂失去電子，發生氧化反應，因此負極的主要反應物和產物是氫氣和水，由此先得出H₂ —2e^－→H₂O；堿性條件下只能用氫氧根離子使左右電荷守恒，則H₂ —2e^－+2OH^－→H₂O；電極反應式遵循質量守恒定律，根據氫、氧原子個數守恒，則該電池負極反應式為H₂ —2e^－+2OH^－=2H₂O。