Question

【題目】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)間的變化如下圖所示。

(1)在0～30小時(shí)內(nèi)，CH4的平均生成速率vⅠ、vⅡ、vⅢ從大到小的順序?yàn)?/span>__________；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)通入聚焦太陽能反應(yīng)器，發(fā)生反應(yīng)：CH4(g)＋H2O(g)＝CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋206 kJ·mol－1。

①在下列坐標(biāo)圖中，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，某溫度下反應(yīng)達(dá)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，則CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為________(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

【答案】vⅢ＞vⅡ＞vⅠ Ⅱ 91% CO2(g)＋3H2O(g)＝CO(g)＋2O2(g)＋3H2(g) ΔH＝＋1 008 kJ·mol－1

【解析】

（1）根據(jù)圖像分析解答；

（2）CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g），該反應(yīng)的△H=+206kJmol-1，反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)物能量低于生成物能量；根據(jù)能量變化畫出圖象；

（3）根據(jù)三行式法計(jì)算得到轉(zhuǎn)化率；

（4）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算。

（1）由圖可以知道，在0～30h內(nèi)，甲烷的物質(zhì)的量變化量為△n（Ⅰ）＜△n（Ⅱ）＜△n（Ⅲ），故在0～30h內(nèi)，CH4的平均生成速率v（Ⅲ）＞v（Ⅱ）＞v（Ⅰ）；由圖可以知道反應(yīng)開始后的12小時(shí)內(nèi)，在第Ⅱ種催化劑的作用下，收集的CH4最多；答案：vⅢ＞vⅡ＞vⅠ；Ⅱ

（2）CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g），該反應(yīng)的△H=+206kJmol-1，反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)過程中體系的能量變化圖為：；

答案：

（3）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,根據(jù)平衡的三步計(jì)算可求CH4的平衡轉(zhuǎn)化率。

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

K===27

計(jì)算得到x=0.11mol

甲烷的轉(zhuǎn)化率=×100%≈91%；

答案：91%

(4)CH4(g)＋H2O(g)=CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋206 kJ·mol－1 ①

CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－802 kJ·mol－1 ②

根據(jù)蓋斯定律①-②得到：CO2(/span>g)＋3H2O(g)=CO(g)＋2O2(g)＋3H2(g) ΔH＝＋1008 kJ·mol－1；

答案：CO2(g)＋3H2O(g)=CO(g)＋2O2(g)＋3H2(g) ΔH＝＋1008 kJ·mol－1。