Question

【題目】化學(xué)學(xué)科理論和實(shí)踐的發(fā)展遵循其內(nèi)在規(guī)律，在相近的知識(shí)體系間有著密切關(guān)聯(lián)性。

I.分析下列有關(guān)電化學(xué)裝置圖

（1）圖2裝置原電池相比圖1裝置原電池可獲得較長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定的電流，原因是_________________________________。

（2）將圖2裝置中CuSO4溶液為電解質(zhì)溶液，鹽橋用銅導(dǎo)線代替后變?yōu)閳D3裝置，該裝置從左到右電極名稱依次是_________________________________。

（3）圖4裝置中d處電極反應(yīng)式為：______________________。

（4）根據(jù)相同原理，圖5裝置中兩個(gè)石墨電極附近有氣泡產(chǎn)生，___________處能析出銅。

Ⅱ·溫室效應(yīng)使地球變曖成為人類社會(huì)急需解決的重要環(huán)境問(wèn)題。研究表明，在 Cu/ZnO催化劑存在下，H2可還原CO2，發(fā)生如下兩個(gè)平行反應(yīng)：

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=－53.7kJ ·mol－1

CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2

相同投料和壓強(qiáng)下，經(jīng)過(guò)相同反應(yīng)時(shí)間測(cè)得如下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

注：M--Cu/ZnO納米棒；N--Cu/ZnO納米片；甲醇選擇性：轉(zhuǎn)化的CO2中生成甲醇的百分比

已知：①CO和H2的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱分別為－283.0 kJ·mol－1和－285.8 kJ ·mol－1

②H2O(l)=H2O(g) △H3=+44.0 kJ·mol-1，請(qǐng)回答(不考慮溫度對(duì)△H的影響)：

（1）有利于生成甲醇反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=______________。

（2）提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率的措施有___________。

A.使用催化劑M B.使用催化劑N

C.降低反應(yīng)溫度 D.投料比不變，增加反應(yīng)物的濃度

E.增大CO2和H2的初始投料比

（3）表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在相同溫度下不同的催化劑對(duì)CO2轉(zhuǎn)化成CH3OH的選擇性有顯著的影響，其原因是____________________________________________。

Answer 1

【答案】氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分開在不同區(qū)域進(jìn)行 負(fù)極、正極、陽(yáng)極、陰極 2H＋＋2e－=H2↑或2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－ m、n、左側(cè)石墨電極 c(CH3OH)·c(H2O)/[c(CO2)·c3(H2)] CD 此時(shí)反應(yīng)未達(dá)到平衡，不同的催化劑對(duì)反應(yīng)的催化能力不同

【解析】

I.（1）根據(jù)圖1和圖2裝置，圖2裝置可獲得較長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定電流的原因是氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分開在不同區(qū)域進(jìn)行；

（2）圖3中左側(cè)裝置為原電池，右側(cè)裝置為電解池，Zn比銅活潑，左側(cè)中Zn為負(fù)極，Cu為正極，右側(cè)裝置從左向右分別為陽(yáng)極、陰極；

（3）裝置右端石墨為陽(yáng)極，則d極為陰極，根據(jù)電解原理，d極反應(yīng)式為：2H＋＋2e－=H2↑或2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－；

（4）根據(jù)電解原理，左側(cè)石墨為陰極，右側(cè)石墨為陽(yáng)極，圖5中應(yīng)有三個(gè)電解池，能析出金屬銅的是m、n、左側(cè)石墨電極；

II.（1）根據(jù)平衡常數(shù)的定義，生成甲醇反應(yīng)的平衡常數(shù)K=c(CH3OH)·c(H2O)/[c(CO2)·c3(H2)]；

（2）A、催化劑對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)無(wú)影響，故A不符合題意；

B、根據(jù)A選項(xiàng)分析，故B不符合題意；

C、該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低反應(yīng)溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO2轉(zhuǎn)化為甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率增大，故C符合題意；

D、投料比不變，增加反應(yīng)物的濃度，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO2轉(zhuǎn)化為甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率增大，故D符合題意；

E、增大CO2和H2的初始投料比，即增大CO2的量，雖然平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，但CO2轉(zhuǎn)化為甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率降低，故E不符合題意；

（3）催化劑對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)無(wú)影響，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，說(shuō)明反應(yīng)未達(dá)到平衡，因此原因：此時(shí)反應(yīng)未達(dá)到平衡，不同的催化劑對(duì)反應(yīng)的催化能力不同。