Question

利用光能和光催化劑，可將 CO₂和 H₂O(g)轉(zhuǎn)化為 CH₄和 O₂。紫外光照射時(shí)，在不同催化劑(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ)作用下，CH₄產(chǎn)量隨光照時(shí)間的變化如圖所示。

(1)在0～30 小時(shí)內(nèi)，CH₄的平均生成速率 v_Ⅰ、v_Ⅱ和v_Ⅲ從大到小的順序?yàn)開_______；反應(yīng)開始后的 12 小時(shí)內(nèi)，在第________種催化劑作用下，收集的 CH₄最多。
(2)將所得 CH₄與 H₂O(g)通入聚焦太陽(yáng)能反應(yīng)器，發(fā)生反應(yīng)：CH₄(g)＋H₂O(g) CO(g)＋3H₂(g)。該反應(yīng)ΔH＝＋206 kJ·mol^－1。
①畫出反應(yīng)過程中體系能量變化圖(進(jìn)行必要標(biāo)注)。
②將等物質(zhì)的量的CH₄和 H₂O(g)充入 1 L 恒容密閉反應(yīng)器中，某溫度下反應(yīng)達(dá)到平衡，平衡常數(shù) K ＝ 27，此時(shí)測(cè)得 CO 的物質(zhì)的量為 0.10 mol，求CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。
(3)已知：CH₄(g)＋2O₂(g)=CO₂(g)＋2H₂O(g)ΔH＝－802 kJ·mol^－1。
寫出由 CO₂生成 CO 的熱化學(xué)方程式____________________________________

Answer 1

(1)v_Ⅲ>v_Ⅱ>v_Ⅰ　Ⅱ
(2)①

②91%
(3)CO₂(g)＋3H₂O(g)=CO(g)＋3H₂(g)＋2O₂(g)
ΔH＝＋1008 kJ· mol^－1

本題考查化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡，意在考查考生的識(shí)圖能力、三段式解決化學(xué)平衡問題能力和蓋斯定律的使用。(1)0～30小時(shí)內(nèi)，CH₄的平均速率＝，由圖可知，30小時(shí)內(nèi)CH₄的產(chǎn)量Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ，即CH₄的平均生成速率的關(guān)系為v_Ⅲ>v_Ⅱ>v_Ⅰ；前12小時(shí)內(nèi)在第Ⅱ種催化劑作用下，收集的CH₄最多。
(2)①該反應(yīng)中，CH₄的用量越多，吸收的熱量越多，二者成正比例關(guān)系，標(biāo)注反應(yīng)熱注意二者的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
②假設(shè)CH₄和H₂O的起始量均為x mol，結(jié)合平衡時(shí)n(CO)＝0.10 mol，有：
　　　　　　　　CH₄(g)＋H₂O(g)=CO(g)＋3H₂(g)
起始濃度(mol·L^－1)　　x　　　　　x　　　　0　　　0
變化量(mol·L^－1)    0.10　   0.10       0.10  0.30
平衡濃度(mol·L^－1)  x－0.10   x－0.10   0.10  0.30
結(jié)合K＝＝＝27，
解得x＝0.11 mol·L^－1，
CH₄的轉(zhuǎn)化率＝×100%＝91%。
(3)結(jié)合題目所給的兩個(gè)熱化學(xué)反應(yīng)方程式，根據(jù)蓋斯定律，將兩方程式作差即可。