Question

【题目】研究表明，在CuZnO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）△H1 平衡常数K1 反应Ⅰ
CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）△H2=+41.2kJmol﹣8平衡常数K2 反应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表实验数据：

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
（1）合成的甲醇可用于燃料电池的燃料，若电解质为稀烧碱溶液时甲醇燃料电池的正极反应式为；研究证实，CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，则生成甲醇的反应发生在极，该电极反应式是 ．
（2）从表中实验数据可以分析出，提高CO2转化成CH3OH的选择性的方法有 ．
（3）反应CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）的平衡常数K3=（用K1和K2表示）．
（4）在恒压密闭容器中，由CO2和H2进行反应I合成甲醇，在其它条件不变的情况下，探究温度对化学平衡的影响，实验结果如图． ①△H10（填“＞”、“＜”或“=”）
②有利于提高CO2平衡转化率的措施有（填标号）．
A．降低反应温度
B．投料比不变，增加反应物的浓度
C．增大CO2和H2的初始投料比
D．混合气体中掺入一定量惰性气体（不参与反应）
（5）在T1温度时，将1.00molCO2和3.00molH2充入体积为1.00L的恒容密闭容器中，容器起始压强为P0 ， 仅进行反应I． ①充分反应达到平衡后，若CO2转化率为a，则容器的压强与起始压强之比为（用a表示）．
②若经过3h反应达到平衡，平衡后，混合气体物质的量为3.00mol，则该过程中H2的平均反应速率为（保留三位有效数字）；该温度下反应的化学平衡常数K为（保留三位有效数字）；平衡常数K可用反应体系中气体物质分压表示，即K表达式中用平衡分压代替平衡浓度，分压=总压×物质的量分数．写出上述反应压力平衡常数KP为（用P0表示，并化简）．

Answer 1

【答案】
（1）O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣；阴；CO2+6e﹣+6H+=CH3OH+H2O
（2）使用Cat2催化剂（或理想催化剂）；温度为543K（或降低温度）
（3）
（4）＜；A
（5）；0.5mol?L﹣1?h﹣1；0.148（L?mol﹣1）2；
【解析】解：（1）正极是氧气发生还原反应，正极反应式为O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣；研究证实，CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，碳的化合降低发生还原反应，所以生成甲醇的反应发生在阴极，该电极反应式是CO2+6e﹣+6H+=CH3OH+H2O，所以答案是：O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣；阴； CO2+6e﹣+6H+=CH3OH+H2O；（2）图中T2＞T1 ， 温度越高水蒸气的含量越少，平衡逆向移动，所以正反应是放热反应，由图可知提高CO2转化成CH3OH的选择性，应使平衡向正向移动，可降低温度，在Cat.2催化剂的条件下选择性最高，所以答案是：使用Cat2催化剂（或理想催化剂）；温度为543K（或降低温度）；（3）由CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H1 平衡常数K1 反应Ⅰ； CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）△H2=+41.2kJmol﹣8平衡常数K2 反应Ⅱ；
所以根据盖斯定律CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H3=△H1﹣△H2 ， K3= ，所以答案是： ；（4）①图中T2＞T1 ， 温度越高水蒸气的含量越少，平衡逆向移动，所以正反应是放热反应，所以△H1＜0，所以答案是：＜；
②A．降低反应温度，平衡正向移动，CO2平衡转化率增大，故正确；
B．在恒压密闭容器中，投料比不变，增加反应物的浓度，CO2平衡转化率不变，故错误；
C．增大CO2和H2的初始投料比，二氧化碳转化率降低，而氢的转化率增大，故错误；
D．混合气体中掺入一定量惰性气体，相当于减小压强，平衡逆向移动，二氧化碳转化率降低，故错误；
故选A；（5）

	CO2（g）+	3H2（g）	CH3OH（g）+	H2O（g）
c（初）	1	3	0	0
c（变）	a	3a	a	a
c（平）	1-a	3-3a	a	a

所以 ，则 = ，所以答案是： ；②平衡后，混合气体物质的量为3.00mol，则反应的氢气的物质的量为1.5mol，v= = =0.5molL﹣1h﹣1；

	CO2（g）+	3H2（g）	CH3OH（g）+	H2O（g）
c（初）	1	3	0	0
c（变）	0.5	1.5	0.5	0.5
c（平）	0.5	1.5	0.5	0.5

所以K= =0.148（Lmol﹣1）2；因为： = ，所以P=0.75P0 ， Kp= = = ，所以答案是：0.5molL﹣1h﹣1；0.148（Lmol﹣1）2； ．
【考点精析】通过灵活运用反应热和焓变和化学平衡状态本质及特征，掌握在化学反应中放出或吸收的热量，通常叫反应热；化学平衡状态的特征：“等”即 V正=V逆>0；“动”即是动态平衡，平衡时反应仍在进行；“定”即反应混合物中各组分百分含量不变；“变”即条件改变，平衡被打破，并在新的条件下建立新的化学平衡；与途径无关，外界条件不变，可逆反应无论是从正反应开始，还是从逆反应开始，都可建立同一平衡状态（等效）即可以解答此题．