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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=-53.7 kJ·mol-1 

CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2 

某实验室控制CO2和H2初始投料比为12.2,在相同压强下,经过相同反应时间测得如下实验数据:

TK

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

已知:CO和H2的标准燃烧热分别为-283.0 kJ·mol-1和-285.8 kJ·mol-1

H2O(l)===H2O(g) ΔH3=44.0 kJ·mol-1

请回答(不考虑温度对ΔH的影响):

(1)反应的平衡常数表达式K    ;反应的ΔH2     kJ·mol-1

(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。

(5)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____________________________

____________________________________________。

答案

答案 (1) +41.2 (2)CD 

(3)表中数据表明此时反应未达到平衡,不同的催化剂对反应的催化能力不同,因而在该时刻下对甲醇选择性有影响

(4)

(5)阴 CO2+6H+6e===CH3OH+H2O

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