Question

【題目】CO2是目前最主要的溫室氣體，減小CO2的排放并用來(lái)制造有價(jià)值的化學(xué)用品是目前的研究目標(biāo)。

（1）利用CO2與CH4生產(chǎn)合成氣(CO、H2)：

已知：CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH=－890.3 KJ·mol－1

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=+2.8 KJ·mol-1

2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH=－566.0 KJ·mol－1

反應(yīng)CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH= ____________。

②250℃時(shí)，以鎳合金為催化劑，向體積為4 L的密閉容器中通入6 mol CO2、6 mol CH4，開始發(fā)生如下反應(yīng)：CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)。經(jīng)過一段時(shí)間達(dá)到平衡，平衡體系中各組分體積分?jǐn)?shù)(某一成分物質(zhì)的量占總氣體物質(zhì)的量的百分?jǐn)?shù))如下表：

物質(zhì)	CH4	CO2	CO	H2
體積分?jǐn)?shù)	0.1	0.1	0.4	0.4

此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=________________。

（2）以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉(zhuǎn)化成乙酸。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如下圖所示。250～300℃時(shí)，乙酸的生成速率減小的可能原因是____________________。

（3） 如以氫氧化鉀水溶液作電解質(zhì)進(jìn)行電解，CO2在銅電極上可轉(zhuǎn)化為甲烷，該電極反應(yīng)方程式為_____________________。

（4）將2mol CO2和6molH2容積相同而溫度不同的Ⅰ、Ⅱ兩個(gè)恒容密閉容器中開始發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)，測(cè)得CH3OH的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如下圖1所示。

①曲線Ⅰ、Ⅱ對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為KⅠ_______KⅡ(填“>”“=”或“<”)，可知該 反應(yīng)是一個(gè)_______(填“放熱”或“吸熱”)反應(yīng)。

②下列事實(shí)說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是_________________：

A．容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)保持不變

B．容器內(nèi)氣體的密度保持不變

C．CO2的體積分?jǐn)?shù)保持不變

D．CO2的消耗速率與CH3OH的生成速率相等

E．容器內(nèi)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變

（5）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)間的變化如上圖2所示。在0～15小時(shí)內(nèi)，CH4的平均生成速率Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ從大到小的順序?yàn)開____________(填序號(hào))。

Answer 1

【答案】（1）①+247.3KJ/mol；②64；

（2）250～300℃時(shí)催化劑的催化效率急劇降低；

（3）CO2＋6H2O=8e－=CH4＋8OH－；

（4）①＞，放熱；②ACE；

（5）Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅰ。

【解析】

試題分析：（1）①CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(g)，

②CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)，

③2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)，得出①＋2×②－2×③

△H=(－890.3＋2×2.8＋2×566)kJ·mol－1= ＋247.3kJ·mol－1；

②CO2(g)+CH4(g) 2CO(g)+2H2(g)

起始： 6 6 0 0

變化： x x 2x 2x

平衡：6－x 6－x 2x 2x

根據(jù)體積分?jǐn)?shù)，求出x=4，達(dá)到平衡時(shí)c(CO2)=2/4mol·L－1=0.5mol·L－1，c(CH4)=0.5mol·L－1，c(CO)=c(H2)=2mol·L－1，根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式，K=c2(H2)×c2(CO)/[c(CO2)×c(CH4)]=24/(0.5×0.5)= 64；（2）根據(jù)圖像，250～300℃時(shí)催化劑的催化效率急劇降低；（3）CO2→CH4，化合價(jià)降低，得到電子，環(huán)境是堿性，因此電極反應(yīng)式為CO2＋6H2O=8e－=CH4＋8OH－；（4）①先平衡，說明反應(yīng)速率快，即II的溫度大于I的溫度，隨著溫度升高，CH3OH的物質(zhì)的量降低，說明平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度的影響，即KI>KII；②A、反應(yīng)前后氣體系數(shù)之和不相等，因此壓強(qiáng)不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故正確；B、根據(jù)密度的定義，組分都是氣體，因此氣體質(zhì)量不變，容器是恒容狀態(tài)，氣體體積不變，因此密度不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故錯(cuò)誤；C、根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的定義，CO2的體積分?jǐn)?shù)不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故正確；D、用不同物質(zhì)的反應(yīng)速率表示達(dá)到平衡，要求反應(yīng)方向一正一逆，且反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，CO2的消耗速率和CH3OH的生成速率都是向正反應(yīng)方向進(jìn)行，因此不能判斷平衡，故錯(cuò)誤；E、根據(jù)M=m/n，組分都是氣體，氣體質(zhì)量不變，反應(yīng)前后氣體系數(shù)之和不變，n不變時(shí)，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故正確；（5）根據(jù)圖像，單位時(shí)間內(nèi)，CH4的產(chǎn)率變化大，說明生成速率快，即Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅰ。