Question

工业上在催化剂作用下可利用CO合成甲醇：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)，图1表示反应过程中能量的变化情况。

请回答下列问题：

（1）在图I中，曲线______(填“a”或“b”）表示使用了催化剂；该反应属于______(填“吸热”或“放热”）反应。

（2）为探究外界条件对合成甲醇化学反应速率的影响规律，某科技工作者设计了以下三组实验，部分数据已填人表中，请补充完整。

实验组	T/℃	起始浓度/mol•L－1	等质量催化剂的 比表面积/m2•g－1
CO	H2
①	280	1.20×10－3	5.80×10－3	82
②	280	1.20×10－3	5.80×10－3	124
③	350			124

 

其中设计实验组①和②的目的是______。

（3）“图2”所揭示的规律是：在p₁压强达平衡时______；并请画出在p₂压强下（p₂ > p₁)的曲线。

（4）在碱性条件下可将合成甲醇的反应设计成原电池，则负极的电极反应式为______。

 

Answer 1

【答案】

（15分）

（1）b（2分）   放热（2分）

（2）1.20×10^－3（1分）    5.80×10^－3（1分）  探究等质量催化剂的比表面积不同时对合成甲醇化学反应速率的影响规律（2分，其它合理答案也给分）

（3）CO的转化率随温度的升高而降低（2分）

（4）H₂ —2e^－+2OH^－=2H₂O（3分）

【解析】

试题分析：（1）读图1，催化剂能降低反应的活化能，曲线a代表正或逆反应的活化能高于曲线b，所以b表示使用了催化剂，a表示未使用催化剂；放热反应中反应物总能量高于生成物总能量，吸热反应中反应物总能量低于生成物总能量，图中1molCO和2molH₂的总能量高于1molCH₃OH(g)的总能量，所以该反应是放热反应，△H=—91kJ/mol；（2）只改变一个变量进行探究，才能更快得外界条件影响化学反应速率的规律，这是设计实验的基本原则，实验②③的温度分别是280℃、350℃，则CO和H₂的起始浓度、等质量催化剂的比表面积都应该相同，所以CO和H₂的起始浓度分别为1.20×10^－3mol/L、5.80×10^－3mol/L；实验①②的温度、CO和H₂的起始浓度都相同，等质量催化剂的比表面积分别为82m²/g、124m²/g，所以这组实验的目的是探究等质量催化剂的比表面积不同时对合成甲醇化学反应速率的影响规律；（3）读图2，横纵坐标分别表示温度、CO转化率，当压强不变时，曲线表示CO的转化率随温度升高而降低；当温度不变时，由于正反应是气体体积减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，CO的平衡转化率增大，由此推断p₂时曲线高于p₁时曲线；（4）反应CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)中出碳元素由+2降为—2，氢元素由0升为+1，说明CO得到电子，发生还原反应，而H₂失去电子，发生氧化反应，因此负极的主要反应物和产物是氢气和水，由此先得出H₂ —2e^－→H₂O；碱性条件下只能用氢氧根离子使左右电荷守恒，则H₂ —2e^－+2OH^－→H₂O；电极反应式遵循质量守恒定律，根据氢、氧原子个数守恒，则该电池负极反应式为H₂ —2e^－+2OH^－=2H₂O。

考点：考查化学反应原理，涉及化学反应过程中体系能量变化图与有无催化剂的关系、放热反应与吸热反应、控制变量设计探究实验方案、对比实验的目的、温度和压强对平衡移动的影响规律、负极反应式。