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，在CO2中通入H2，二者可发生以下两个平行反应：

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

反应Ⅱ CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　 　ΔH2=+41.2 kJ·mol-1

某实验室控制一定的CO2和H2初始投料比，在相同压强下,经过相同反应时间测得如下实验数据（其中“甲醇选择性”是指转化的CO2中生成甲醇的百分比）：

反应序号	T/K	催化剂	CO2转化率/%	甲醇选择性/%
①	543	Cu/ZnO纳米棒	12.3	42.3
②	543	Cu/ZnO纳米片	10.9	72.7
③	553	Cu/ZnO纳米棒	15.3	39.1
④	553	Cu/ZnO纳米片	12.0	71.6

（1）CO2的电子式是_____________。

（2）反应Ⅰ的平衡常数表达式是K=______。

（3）对比①和③可发现：同样催化剂条件下，温度升高，CO2转化率升高， 而甲醇的选择性却降低，请解释甲醇选择性降低的可能原因_______________；

对比①、②可发现，在同样温度下，采用Cu/ZnO纳米片使CO2转化率降低， 而甲醇的选择性却提高，请解释甲醇的选择性提高的可能原因____________。

（4）有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有____。

a．使用Cu/ZnO纳米棒做催化剂

b．使用Cu/ZnO纳米片做催化剂

c．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

Answer 1

【答案】 反应Ⅰ为生成甲醇的反应，该反应是放热反应，因此升高温度，平衡逆向进行，因此甲醇的产率减小，甲醇的选择性降低 因为在该时间内，使用Cu/ZnO纳米片催化剂使反应I速率增加，因此测得该时间内得到的甲醇较多，甲醇选择性提高 cd

【解析】（1）二氧化碳中碳原子在中间，碳氧之间为两个共用电子对，电子式为：。

（2）反应Ⅰ为：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，所以平衡常数表达式为K=。

（3）生成甲醇的反应是反应Ⅰ，而该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，导致甲醇的选择性降低。采用Cu/ZnO纳米片（催化剂）只能影响速率不能改变平衡，该实验并不是达到平衡后再测数据，而是反应相同时间后就测定，所以反应比较快的进行的量就多，因此结论是：Cu/ZnO纳米片催化剂使反应I速率增加更明显，该时间段内得到的甲醇较多，甲醇选择性提高。

（4）催化剂都不改变平衡态，所以选项a、b都错误。降温使反应Ⅰ平衡正向移动，反应Ⅱ平衡逆向移动，所以提高了CO2转化为CH3OH平衡转化率，选项c正确。恒容，按照相同投料比，增大物质的浓度就是相当于增大压强，对于反应Ⅰ平衡正向移动，反应Ⅱ平衡不移动，所以提高了CO2转化为CH3OH平衡转化率，选项d正确。增大CO2和H2的初始投料比，实际会降低二氧化碳的转化率，选项e错误。