Question

5．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：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-53.7kJ•mol^-1    I　CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₂Ⅱ
某实验室控制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中生成甲醛的百分比；
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）△H₃=44.0kJ•mol^-1
请回答（不考虑温度对△H的影响）：反应II的△H₂=+41.2kJ•mol^-1．
在图中分别画出I在无催化剂、有Cat.1和由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曲线）

Answer 1

分析 ②已知：CO和H₂的标准燃烧热分别为-283.0kJ•mol^-1和-285.8kJ•mol^-1，②H₂O（1）═H₂O（g）△H₃=44.0kJ•mol^-1，可知热化学方程式
a．CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1，
b．H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（1）△H=-285.8kJ•mol^-1，
c．H₂O（1）═H₂O（g）△H₃=44.0kJ•mol^-1，利用盖斯定律可计算CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的反应热；
加入催化剂，可降低反应的活化能，催化能力越强，活化能越低，但反应热不变．

解答 解：②已知：CO和H₂的标准燃烧热分别为-283.0kJ•mol^-1和-285.8kJ•mol^-1，②H₂O（1）═H₂O（g）△H₃=44.0kJ•mol^-1，可知热化学方程式
a．CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1，
b．H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（1）△H=-285.8kJ•mol^-1，
c．H₂O（1）═H₂O（g）△H₃=44.0kJ•mol^-1，由盖斯定律将b-a+c可得：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₂ =（-285.8+283.0+44）kJ•mol^-1=+41.2kJ•mol^-1，
故答案为：+41.2；
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，故图为，
故答案为：．

点评 本题考查反应热的计算，据催化剂，可降低反应的活化能，但反应热不变进行绘图，本题难度中等．