Question

【题目】催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明，在Cu/ZnO催化剂存在下，CO2和H2可发生两个平行反应，分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下：

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

CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2 II

某实验室控制CO2和H2初始投料比为1：2.2，在相同压强下，经过相同反应时间测得如下实验数据：

T(K)	催化剂	CO2转化率（%）	甲醇选择性（%）
543	Cat.1	12.3	42.3
543	Cat.2	10.9	72.7
553	Cat.1	15.3	39.1
553	Cat.2	12.0	71.6

（备注）Cat.1：Cu/ZnO纳米棒；Cat.2：Cu/ZnO纳米片；甲醇选择性：转化的CO2中生成甲醇的百分比

已知：①CO和H2的标准燃烧热分别为-283.0kJ·mol-1和-285.8kJ·mol-1

②H2O(l)=H2O(g) ΔH3=44.0kJ·mol-1

请回答（不考虑温度对ΔH的影响）：

(1)反应I的平衡常数表达式K=___；

(2)有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有___。

A．使用催化剂Cat.1

B．使用催化剂Cat.2

C．降低反应温度

D．投料比不变，增加反应物的浓度

E．增大CO2和H2的初始投料比

(3)表中实验数据表明，在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响，其原因是___。

(4)在图中分别画出反应I在无催化剂、有Cat.1和有Cat.2三种情况下“反应过程～能量”示意图___。

Answer 1

【答案】 CD 表中数据表明此时反应未达到平衡，不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同，因而在该时刻下对甲醇选择性有影响

【解析】

(1)反应I为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，平衡常数表达式K=生成物浓度幂的乘积与反应物浓度幂的乘积之比；

(2)A．使用催化剂Cat.1，对甲醇的平衡转化率不产生影响；

B．使用催化剂Cat.2，对甲醇的平衡转化率不产生影响；

C．反应I为放热反应，降低反应温度，平衡正向移动；

D．投料比不变，增加反应物的浓度，相当于加压；

E．增大CO2和H2的初始投料比，平衡正向移动，但CO2的转化率减小。

(3)在相同温度下，达平衡前，不同的催化剂对同一反应的催化能力不同，因而选择性不同。

(4)同一反应，使用不同的催化剂，活化能不同，但不影响反应物和生成物的总能量。从表中数据可以看出，Cat.2的选择性更高，因而对反应的活化能影响更大。

(1)反应I为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，平衡常数表达式K=。答案为：；

(2)A．使用催化剂Cat.1，对甲醇的平衡转化率不产生影响，A不合题意；

B．使用催化剂Cat.2，对甲醇的平衡转化率不产生影响，B不合题意；

C．反应I为放热反应，降低反应温度，平衡正向移动，从而增大CO2的转化率，C符合题意；

D．投料比不变，增加反应物的浓度，相当于加压，平衡正向移动，CO2的转化率增大，D符合题意；

E．增大CO2和H2的初始投料比，平衡正向移动，但CO2的转化率减小，E不合题意；

故选CD。答案为：CD；

(3)在相同温度下，达平衡前，不同的催化剂对同一反应的催化能力不同，因而选择性不同，其原因是：表中数据表明此时反应未达到平衡，不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同，因而在该时刻下对甲醇选择性有影响。答案为：表中数据表明此时反应未达到平衡，不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同，因而在该时刻下对甲醇选择性有影响；

(4)同一反应，不同的催化剂，活化能降低程度不同，但不影响反应物和生成物的总能量。从表中数据可以看出，Cat.2的选择性更高，因而对反应的活化能影响更大。则示意图为：

。答案为：。