Question

【题目】化学学科理论和实践的发展遵循其内在规律，在相近的知识体系间有着密切关联性。

I.分析下列有关电化学装置图

（1）图2装置原电池相比图1装置原电池可获得较长时间的稳定的电流，原因是_________________________________。

（2）将图2装置中CuSO4溶液为电解质溶液，盐桥用铜导线代替后变为图3装置，该装置从左到右电极名称依次是_________________________________。

（3）图4装置中d处电极反应式为：______________________。

（4）根据相同原理，图5装置中两个石墨电极附近有气泡产生，___________处能析出铜。

Ⅱ·温室效应使地球变暧成为人类社会急需解决的重要环境问题。研究表明，在 Cu/ZnO催化剂存在下，H2可还原CO2，发生如下两个平行反应：

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=－53.7kJ ·mol－1

CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2

相同投料和压强下，经过相同反应时间测得如下实验数据：

注：M--Cu/ZnO纳米棒；N--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－283.0 kJ·mol－1和－285.8 kJ ·mol－1

②H2O(l)=H2O(g) △H3=+44.0 kJ·mol-1，请回答(不考虑温度对△H的影响)：

（1）有利于生成甲醇反应的平衡常数表达式K=______________。

（2）提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有___________。

A.使用催化剂M B.使用催化剂N

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____________________________________________。

Answer 1

【答案】氧化反应和还原反应分开在不同区域进行 负极、正极、阳极、阴极 2H＋＋2e－=H2↑或2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－ m、n、左侧石墨电极 c(CH3OH)·c(H2O)/[c(CO2)·c3(H2)] CD 此时反应未达到平衡，不同的催化剂对反应的催化能力不同

【解析】

I.（1）根据图1和图2装置，图2装置可获得较长时间稳定电流的原因是氧化反应和还原反应分开在不同区域进行；

（2）图3中左侧装置为原电池，右侧装置为电解池，Zn比铜活泼，左侧中Zn为负极，Cu为正极，右侧装置从左向右分别为阳极、阴极；

（3）装置右端石墨为阳极，则d极为阴极，根据电解原理，d极反应式为：2H＋＋2e－=H2↑或2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－；

（4）根据电解原理，左侧石墨为阴极，右侧石墨为阳极，图5中应有三个电解池，能析出金属铜的是m、n、左侧石墨电极；

II.（1）根据平衡常数的定义，生成甲醇反应的平衡常数K=c(CH3OH)·c(H2O)/[c(CO2)·c3(H2)]；

（2）A、催化剂对化学平衡移动无影响，故A不符合题意；

B、根据A选项分析，故B不符合题意；

C、该反应为放热反应，降低反应温度，平衡向正反应方向移动，CO2转化为甲醇的平衡转化率增大，故C符合题意；

D、投料比不变，增加反应物的浓度，相当于增大压强，平衡向正反应方向移动，CO2转化为甲醇的平衡转化率增大，故D符合题意；

E、增大CO2和H2的初始投料比，即增大CO2的量，虽然平衡向正反应方向移动，但CO2转化为甲醇的平衡转化率降低，故E不符合题意；

（3）催化剂对化学平衡移动无影响，根据表中数据，说明反应未达到平衡，因此原因：此时反应未达到平衡，不同的催化剂对反应的催化能力不同。