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：

（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___。

Answer 1

【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）平衡常数是生成物的浓度幂之积与反应物的浓度幂之积的比值，反应I为：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)其平衡常数：，故答案为：。

（2）A. 使用催化剂，只改变反应速率，平衡不移动，不能提高转化率，A错误；

B. 使用催化剂，只改变反应速率，平衡不移动，不能提高转化率，B错误；

C. 反应I为放热反应，降低温度，平衡正向移动，提高CO2的转化率，C正确；

D. 投料比不变，增加反应浓度，平衡正向移动，提高CO2的转化率，D正确；

E. 增大二氧化碳和氢气的初始投料比，能提高氢气的转化率，二氧化碳的会降低，E错误；故答案为：CD。

（3）从表格数据分析，在相同的温度下，不同的催化剂，相同的反应时间内，其二氧化碳的转化率也不同，说明不同的催化剂的催化能力不同；相同催化剂不同的温度，二氧化碳的转化率不同，且温度高的转化率大，因为正反应为放热反应，说明表中数据是未到平衡数据，故答案为：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）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，故答案为：。