Question

工業(yè)上在催化劑作用下可利用CO合成甲醇：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)，圖1表示反應(yīng)過(guò)程中能量的變化情況。

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）在圖I中，曲線(xiàn)______(填“a”或“b”）表示使用了催化劑；該反應(yīng)屬于______(填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)。

（2）為探究外界條件對(duì)合成甲醇化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，某科技工作者設(shè)計(jì)了以下三組實(shí)驗(yàn)，部分?jǐn)?shù)據(jù)已填人表中，請(qǐng)補(bǔ)充完整。

實(shí)驗(yàn)組	T/℃	起始濃度/mol•L－1	等質(zhì)量催化劑的 比表面積/m2•g－1
CO	H2
①	280	1.20×10－3	5.80×10－3	82
②	280	1.20×10－3	5.80×10－3	124
③	350			124

 

其中設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)組①和②的目的是______。

（3）“圖2”所揭示的規(guī)律是：在p₁壓強(qiáng)達(dá)平衡時(shí)______；并請(qǐng)畫(huà)出在p₂壓強(qiáng)下（p₂ > p₁)的曲線(xiàn)。

（4）在堿性條件下可將合成甲醇的反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池，則負(fù)極的電極反應(yīng)式為_(kāi)_____。

 

Answer 1

【答案】

（15分）

（1）b（2分）   放熱（2分）

（2）1.20×10^－3（1分）    5.80×10^－3（1分）  探究等質(zhì)量催化劑的比表面積不同時(shí)對(duì)合成甲醇化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律（2分，其它合理答案也給分）

（3）CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高而降低（2分）

（4）H₂ —2e^－+2OH^－=2H₂O（3分）

【解析】

試題分析：（1）讀圖1，催化劑能降低反應(yīng)的活化能，曲線(xiàn)a代表正或逆反應(yīng)的活化能高于曲線(xiàn)b，所以b表示使用了催化劑，a表示未使用催化劑；放熱反應(yīng)中反應(yīng)物總能量高于生成物總能量，吸熱反應(yīng)中反應(yīng)物總能量低于生成物總能量，圖中1molCO和2molH₂的總能量高于1molCH₃OH(g)的總能量，所以該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H=—91kJ/mol；（2）只改變一個(gè)變量進(jìn)行探究，才能更快得外界條件影響化學(xué)反應(yīng)速率的規(guī)律，這是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的基本原則，實(shí)驗(yàn)②③的溫度分別是280℃、350℃，則CO和H₂的起始濃度、等質(zhì)量催化劑的比表面積都應(yīng)該相同，所以CO和H₂的起始濃度分別為1.20×10^－3mol/L、5.80×10^－3mol/L；實(shí)驗(yàn)①②的溫度、CO和H₂的起始濃度都相同，等質(zhì)量催化劑的比表面積分別為82m²/g、124m²/g，所以這組實(shí)驗(yàn)的目的是探究等質(zhì)量催化劑的比表面積不同時(shí)對(duì)合成甲醇化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律；（3）讀圖2，橫縱坐標(biāo)分別表示溫度、CO轉(zhuǎn)化率，當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，曲線(xiàn)表示CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低；當(dāng)溫度不變時(shí)，由于正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率增大，由此推斷p₂時(shí)曲線(xiàn)高于p₁時(shí)曲線(xiàn)；（4）反應(yīng)CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)中出碳元素由+2降為—2，氫元素由0升為+1，說(shuō)明CO得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，而H₂失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，因此負(fù)極的主要反應(yīng)物和產(chǎn)物是氫氣和水，由此先得出H₂ —2e^－→H₂O；堿性條件下只能用氫氧根離子使左右電荷守恒，則H₂ —2e^－+2OH^－→H₂O；電極反應(yīng)式遵循質(zhì)量守恒定律，根據(jù)氫、氧原子個(gè)數(shù)守恒，則該電池負(fù)極反應(yīng)式為H₂ —2e^－+2OH^－=2H₂O。

考點(diǎn)：考查化學(xué)反應(yīng)原理，涉及化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中體系能量變化圖與有無(wú)催化劑的關(guān)系、放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)、控制變量設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)方案、對(duì)比實(shí)驗(yàn)的目的、溫度和壓強(qiáng)對(duì)平衡移動(dòng)的影響規(guī)律、負(fù)極反應(yīng)式。