Question

（14分）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)?u>         ；
反應(yīng)開始后的12小時(shí)內(nèi)，在第    種催化劑的作用下，收集的CH₄最多。
（2）將所得CH₄與H₂O(g)通入聚焦太陽能反應(yīng)器，發(fā)生反應(yīng)：CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g),該反應(yīng)的ΔH="+206" kJ?mol^-1將等物質(zhì)的量的CH₄和H₂O(g)充入1L恒容密閉容器，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0.10mol，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=－802kJ?mol^-1
寫出由CO₂生成CO的熱化學(xué)方程式                                          

Answer 1

（1）VⅢ>VⅡ> VⅠ；Ⅱ。  （2）三步計(jì)算可求CH₄的轉(zhuǎn)化率為：0.1/0.11=0.91 
（3）CO₂(g) ＋3H₂O(g) =2O₂(g) ＋CO(g)+3H₂(g) △H="+1008" kJ?mol^-1

試題分析：（1）由圖像可以看出，反應(yīng)進(jìn)行到30小時(shí)時(shí)，催化劑Ⅲ生成的甲烷最多，其次是催化劑Ⅱ，催化劑Ⅰ生成的甲烷最少。因此V_I、V_II和V_III從大到小的順序?yàn)閂_III＞V_II＞V_I＞；同理由圖像也可以看出，反應(yīng)進(jìn)行到12小時(shí)時(shí)，催化劑Ⅱ生成的甲烷最多，因此在第Ⅱ種催化劑的作用下，收集的CH₄最多。
（2）設(shè)CH₄、H₂O的物質(zhì)的量均為xmol，則
CH₄(g)  +   H₂O(g)   CO(g) +  3H₂(g)
起始量(mol)        x             x               0           0
變化量(mol)      0.10         0.10           0.10       0.30
平衡量(mol)      x- 0.10    x- 0.10         0.10       0.30
根據(jù)題意，則平衡常數(shù)K=c(CO)·c³(H₂)/[c(CH₄)·c(H₂O)]=(0.10mol·L^-1)·(0.30mol·L^-1)³/[(x-0.10)mol·L^-1·(x- 0.10)mol·L^-1]=27(mol·L^-1)²，則x=0.11mol，所以CH₄的轉(zhuǎn)化率為0.1/0.11=0.91。
（3）由熱化學(xué)方程式①CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)  ΔH="+206" kJ?mol^-1②CH₄(g)＋2O₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g)  ΔH=－802kJ?mol^-1，①－②得CO₂(g) ＋3H₂O(g) =2O₂(g) ＋CO(g)+3H₂(g) △H="+1008" kJ?mol^-1。
點(diǎn)評(píng)：本題綜合性強(qiáng)，是高考中的熱點(diǎn)考題，主要考查學(xué)生的分析問題，解決問題的能力。