Question

【題目】研究表明，在CuZnO催化劑存在下，CO2和H2可發生兩個平行反應，分別生成CH3OH和CO，反應的熱化學方程式如下： CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H1 平衡常數K1 反應Ⅰ
CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）△H2=+41.2kJmol﹣8平衡常數K2 反應Ⅱ
某實驗室控制CO2和H2初始投料比為1：2.2，在相同壓強下，經過相同反應時間測得如表實驗數據：

T（K）	催化劑	CO2轉化率（%）	甲醇選擇性（%）
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

[備注]Cat.1：Cu/ZnO納米棒；Cat.2：Cu/ZnO納米片；甲醇選擇性；轉化的CO2中生成甲醇的百分比
（1）合成的甲醇可用于燃料電池的燃料，若電解質為稀燒堿溶液時甲醇燃料電池的正極反應式為；研究證實，CO2也可在酸性水溶液中通過電解生成甲醇，則生成甲醇的反應發生在極，該電極反應式是 ．
（2）從表中實驗數據可以分析出，提高CO2轉化成CH3OH的選擇性的方法有 ．
（3）反應CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）的平衡常數K3=（用K1和K2表示）．
（4）在恒壓密閉容器中，由CO2和H2進行反應I合成甲醇，在其它條件不變的情況下，探究溫度對化學平衡的影響，實驗結果如圖． ①△H10（填“＞”、“＜”或“=”）
②有利于提高CO2平衡轉化率的措施有（填標號）．
A．降低反應溫度
B．投料比不變，增加反應物的濃度
C．增大CO2和H2的初始投料比
D．混合氣體中摻入一定量惰性氣體（不參與反應）
（5）在T1溫度時，將1.00molCO2和3.00molH2充入體積為1.00L的恒容密閉容器中，容器起始壓強為P0 ， 僅進行反應I． ①充分反應達到平衡后，若CO2轉化率為a，則容器的壓強與起始壓強之比為（用a表示）．
②若經過3h反應達到平衡，平衡后，混合氣體物質的量為3.00mol，則該過程中H2的平均反應速率為（保留三位有效數字）；該溫度下反應的化學平衡常數K為（保留三位有效數字）；平衡常數K可用反應體系中氣體物質分壓表示，即K表達式中用平衡分壓代替平衡濃度，分壓=總壓×物質的量分數．寫出上述反應壓力平衡常數KP為（用P0表示，并化簡）．

Answer 1

【答案】
（1）O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣；陰；CO2+6e﹣+6H+=CH3OH+H2O
（2）使用Cat2催化劑（或理想催化劑）；溫度為543K（或降低溫度）
（3）
（4）＜；A
（5）；0.5mol?L﹣1?h﹣1；0.148（L?mol﹣1）2；
【解析】解：（1）正極是氧氣發生還原反應，正極反應式為O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣；研究證實，CO2也可在酸性水溶液中通過電解生成甲醇，碳的化合降低發生還原反應，所以生成甲醇的反應發生在陰極，該電極反應式是CO2+6e﹣+6H+=CH3OH+H2O，所以答案是：O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣；陰； CO2+6e﹣+6H+=CH3OH+H2O；（2）圖中T2＞T1 ， 溫度越高水蒸氣的含量越少，平衡逆向移動，所以正反應是放熱反應，由圖可知提高CO2轉化成CH3OH的選擇性，應使平衡向正向移動，可降低溫度，在Cat.2催化劑的條件下選擇性最高，所以答案是：使用Cat2催化劑（或理想催化劑）；溫度為543K（或降低溫度）；（3）由CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H1 平衡常數K1 反應Ⅰ； CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）△H2=+41.2kJmol﹣8平衡常數K2 反應Ⅱ；
所以根據蓋斯定律CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H3=△H1﹣△H2 ， K3= ，所以答案是： ；（4）①圖中T2＞T1 ， 溫度越高水蒸氣的含量越少，平衡逆向移動，所以正反應是放熱反應，所以△H1＜0，所以答案是：＜；
②A．降低反應溫度，平衡正向移動，CO2平衡轉化率增大，故正確；
B．在恒壓密閉容器中，投料比不變，增加反應物的濃度，CO2平衡轉化率不變，故錯誤；
C．增大CO2和H2的初始投料比，二氧化碳轉化率降低，而氫的轉化率增大，故錯誤；
D．混合氣體中摻入一定量惰性氣體，相當于減小壓強，平衡逆向移動，二氧化碳轉化率降低，故錯誤；
故選A；（5）

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

所以 ，則 = ，所以答案是： ；②平衡后，混合氣體物質的量為3.00mol，則反應的氫氣的物質的量為1.5mol，v= = =0.5molL﹣1h﹣1；

	CO2（g）+	3H2（g）	CH3OH（g）+	H2O（g）
c（初）	1	3	0	0
c（變）	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；因為： = ，所以P=0.75P0 ， Kp= = = ，所以答案是：0.5molL﹣1h﹣1；0.148（Lmol﹣1）2； ．
【考點精析】通過靈活運用反應熱和焓變和化學平衡狀態本質及特征，掌握在化學反應中放出或吸收的熱量，通常叫反應熱；化學平衡狀態的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動”即是動態平衡，平衡時反應仍在進行；“定”即反應混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學平衡；與途徑無關，外界條件不變，可逆反應無論是從正反應開始，還是從逆反應開始，都可建立同一平衡狀態（等效）即可以解答此題．