题目内容
【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___。
【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：。
