從太陽能電池到輕便跑鞋，再到治療各種疾病的藥物，許多工業(yè)產(chǎn)品依賴于化學(xué)家合成的能力。然而要讓肉眼不可見的化學(xué)成分按人類所需的方式合成新分子并非易事。
I.（1）2007年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者格哈德?埃特爾，確認(rèn)了合成氨反應(yīng)機(jī)理。673K時(shí)，各步反應(yīng)的能量變化如圖所示，其中吸附在催化劑表面上的物種用“*”標(biāo)注。

圖中決速步驟的反應(yīng)方程式為

1

2

N₂^*+

3

2

H₂^*=N+3H

1

2

N₂^*+

3

2

H₂^*=N+3H

，該步反應(yīng)的活化能E_a=

62

62

kJ/mol。
（2）在一定條件下，向某反應(yīng)容器中投入5molN₂、15molH₂在不同溫度下反應(yīng)，平衡體系中氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)變化曲線如圖所示：

①溫度T₁、T₂、T₃中，最大的是

T₃

T₃

，M 點(diǎn)N₂的轉(zhuǎn)化率為

40%

40%

；
②1939年捷姆金和佩熱夫推出氨合成反應(yīng)在接近平衡時(shí)凈速率方程式為：r（NH₃）=

k

1

p

（

N

2

）

[

p

3

（

H

2

）

p

2

（

N

H

3

）

]

α

-

k

2

[

p

2

（

N

H

3

）

p

3

（

H

2

）

]

（

1

-

α

）

。k₁、k₂分別為正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率常數(shù)：p（N₂）、p（H₂）、p（NH₃）代表各組分的分壓（分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）；α為常數(shù)，工業(yè)上以鐵為催化劑時(shí)，α=0.5。由M點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算

k

1

k

2

=

0.073

0.073

MPa^-2（保留兩位小數(shù)）。
II.CO₂和H₂合成甲烷也是CO₂資源化利用的重要方法。對(duì)于反應(yīng)CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）
ΔH=-165kJ?mol^-1，催化劑的選擇是CO₂甲烷化技術(shù)的核心。在兩種不同催化劑條件下反應(yīng)相同時(shí)間，測得CO₂轉(zhuǎn)化率和生成CH₄選擇性隨溫度變化的影響如圖所示。

（3）高于320℃后，以Ni-CeO₂為催化劑，CO₂ 轉(zhuǎn)化率略有下降，而以Ni為催化劑，CO₂轉(zhuǎn)化率卻仍在上升，其原因是

以Ni-CeO₂為催化劑，其選擇性有所下降，所以CO₂轉(zhuǎn)化率略有下降，且以Ni-CeO₂為催化劑，測定轉(zhuǎn)化率時(shí)，CO₂甲烷化反應(yīng)已達(dá)平衡，升高溫度平衡左移，CO₂轉(zhuǎn)化率下降；以Ni為催化劑，CO₂甲烷化反應(yīng)速率較慢，升高溫度反應(yīng)速率加快，反應(yīng)相同時(shí)間時(shí)CO₂轉(zhuǎn)化率增加

以Ni-CeO₂為催化劑，其選擇性有所下降，所以CO₂轉(zhuǎn)化率略有下降，且以Ni-CeO₂為催化劑，測定轉(zhuǎn)化率時(shí)，CO₂甲烷化反應(yīng)已達(dá)平衡，升高溫度平衡左移，CO₂轉(zhuǎn)化率下降；以Ni為催化劑，CO₂甲烷化反應(yīng)速率較慢，升高溫度反應(yīng)速率加快，反應(yīng)相同時(shí)間時(shí)CO₂轉(zhuǎn)化率增加

。
（4）對(duì)比上述兩種催化劑的催化性能，工業(yè)上應(yīng)選擇的催化劑是

Ni-CeO₂

Ni-CeO₂

，使用的合適溫度為

320°C

320°C

。