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可发生两个平衡反应，分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下：

CO2（g）+3 H2（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，经过相同反应时间测得如下实验数据：

【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中生成甲醛的百分比

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= ；反应II的ΔH2= kJ·mol-1。

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

Answer 1

【答案】（1） +41.2

（4）

【解析】

试题分析：（1）根据平衡常数的公式，生成物的浓度幂之积与反应物浓度的幂之积的比值书写平衡常数为 。有热化学方程式为：a:CO（g）+O2（g）=CO2（g） △H= -283.0kJ·mol-1 b：H2（g）+O2（g）=H2O （l）△H=-285.8kJ·mol-1 c: H2O（l） H2O（g） ΔH3=44.0kJ·mol-1根据盖斯定律分析，b-a+c即可得热化学方程式为：CO2（g）+ H2（g） CO（g）+H2O（g）ΔH2=-285.8+283.0+44=+41.2 kJ·mol-1。

（4）从表中数据分析，在催化剂Cat.2的作用下，甲醇的选择性更大，说明催化剂Cat.2对反应Ⅰ的催化效果更好，催化剂能降低反应的活化能，说明使用催化剂Cat.2的反应过程中活化能更低，故图为：