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可发生两个反应，分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下:

I.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H1=-53.7kJ/mol

II.CO2(g)+H2(g)CO(g)+ H2O(g)H2

某实验控制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:

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和285.8kJ/mol

②H2O(1)H2O(g) H3=+440kJ/mol

请回答(不考虑温度对H的影响):

(1)a.反应II的H2=____kJ/mol。

b.800℃时，反应I和II对应的平衡常数分别为1.0和2.5，则该温度下反应：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的平衡常数K的数值为_____。

(2)在图中分别画出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(在图中标注出相应的催化剂) ____。

(3)工业生产甲醇还有如下方法:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

副反应:2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)

若生产过理中在恒压条件下通入水蒸气，从化学平衡的角度分析该操作对生产甲醇带来的利和弊____。

(4)利用光能和光催化剂，可將CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外线照射时，在不同催化剂(1、I、III)作用下，CH4产量随光照时间的变化如下图所示。下列说法正确的是____

A.催化剂能加快化学反应速率，在反应开始时对正反应的催化效果更好

B.从图中可知催化剂I的催化效果更好

C.若光照时间足够长，三条由线将相交于一点

D.光照15h前，无论用所给的哪种催化剂，该反应均未达到平衡

(5)人们正在研究某种锂一空气电池，它是一种环境友好的蓄电池。放电时的总反应为:4Li+O2=2Li2O。在充电时，阳极区发生的过程比较复杂，目前普遍认可是按两步反应进行，请补充完整。

电极反应式:______和Li2O2-2e-=2Li++O2

Answer 1

【答案】+41.20.4利:通入水蒸气增大了水蒸气的浓度，使副反应平衡左移，减少副反应的发生；弊:恒压通入水蒸气相当于减压，使主反应平衡左移，甲醇平衡产量降低CD2Li2O-2e-=2Li++Li2O2

【解析】

本题考查反应热的计算，根据催化剂可降低反应的活化能，但反应热不变进行绘图。

（1）a.根据CO和H2的标准燃烧热分别为-283.0kJ/mol和285.8kJ/mol书写热化学方程式：

a：CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) H=-283.0kJ/mol

b：H2(g)+1/2O2(g)=H2O (1) H=-285.8kJ/mol

c：H2O(1)H2O(g) H3=+44.0kJ/mol由盖斯定律分析将b-a+c得CO2(g) + H2(g) = CO(g)+ H2O(g) H=（-285.8+283.0+44）kJ/mol =+41.2kJ/mol

b.根据热化学方程式：I.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H1=-53.7kJ/mol

II.CO2(g)+H2(g)CO(g)+ H2O(g)H2=+41.2 kJ/mol分析，结合盖斯定律，将反应I- II得，则该温度下反应：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) H=-53.7-41.2 kJ/mol =-94.9 kJ/mol其反应的平衡常数K的数值1/2.5=0.4。（2）从表中数据分析，在催化剂的作用下，甲醇的选择性更大，说明催化剂Cat.2对反应的催化效果更好，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，因此图为。（4）在生产过程中在恒压条件下通入水蒸气，利:通入水蒸气增大了水蒸气的浓度，使副反应平衡左移，减少副反应的发生；弊:恒压通入水蒸气相当于减压，使主反应平衡左移，甲醇平衡产量降低。（5）A.催化剂能同等程度的影响反应速率，故错误；B.从图分析催化剂的催化效果更好，故错误；C.三条线不断上升，催化剂只能影响反应速率，不影响平衡，所以足够长的时间，甲烷的产量会相同，三条线会相交于一点，故正确；D.因为随着时间的延长，甲烷的产量在增加，说明光照15h前，无论用所给的哪种催化剂，该反应均未达到平衡，故正确。故选CD。（5）放电的总反应为：4Li+O2=2Li2O，所以充电的总反应为2Li2O=4Li+O2，阳极电极总反应为2Li2O-4e-=4Li++O2，阳极区分两步反应，第二步Li2O2-2e-=2Li++O2，所以第一步反应为总反应-第二步反应即可得第一步反应： 2Li2O-2e-=2Li++Li2O2。