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表示反應過程中能量的變化情況。

請回答下列問題：
（1）在圖I中，曲線______(填“a”或“b”）表示使用了催化劑；該反應屬于______(填“吸熱”或“放熱”）反應。
（2）為探究外界條件對合成甲醇化學反應速率的影響規(guī)律，某科技工作者設(shè)計了以下三組實驗，部分數(shù)據(jù)已填人表中，請補充完整。

實驗組	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)計實驗組①和②的目的是______。
（3）“圖2”所揭示的規(guī)律是：在p₁壓強達平衡時______；并請畫出在p₂壓強下（p₂> p₁)的曲線。
（4）在堿性條件下可將合成甲醇的反應設(shè)計成原電池，則負極的電極反應式為______。

Answer 1

（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對合成甲醇化學反應速率的影響規(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）

試題分析：（1）讀圖1，催化劑能降低反應的活化能，曲線a代表正或逆反應的活化能高于曲線b，所以b表示使用了催化劑，a表示未使用催化劑；放熱反應中反應物總能量高于生成物總能量，吸熱反應中反應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，所以該反應是放熱反應，△H=—91kJ/mol；（2）只改變一個變量進行探究，才能更快得外界條件影響化學反應速率的規(guī)律，這是設(shè)計實驗的基本原則，實驗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；實驗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，所以這組實驗的目的是探究等質(zhì)量催化劑的比表面積不同時對合成甲醇化學反應速率的影響規(guī)律；（3）讀圖2，橫縱坐標分別表示溫度、CO轉(zhuǎn)化率，當壓強不變時，曲線表示CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低；當溫度不變時，由于正反應是氣體體積減小的反應，增大壓強平衡向正反應方向移動，CO的平衡轉(zhuǎn)化率增大，由此推斷p₂時曲線高于p₁時曲線；（4）反應CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)中出碳元素由+2降為—2，氫元素由0升為+1，說明CO得到電子，發(fā)生還原反應，而H₂失去電子，發(fā)生氧化反應，因此負極的主要反應物和產(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；電極反應式遵循質(zhì)量守恒定律，根據(jù)氫、氧原子個數(shù)守恒，則該電池負極反應式為H₂ —2e^－+2OH^－=2H₂O。