Question

【題目】CH4、H2、C都是優(yōu)質(zhì)的能源物質(zhì)，它們?nèi)紵�的熱化學(xué)方程式為：
①CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣890.3kJmol﹣1
②2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H=﹣571.6kJmol﹣1
③C（s）+O2（g）═CO2（g）△H=﹣393.5kJmol﹣1
（1）在深海中存在一種甲烷細(xì)菌，它們依靠酶使甲烷與O2作用產(chǎn)生的能量存活，甲烷細(xì)菌使1mol甲烷生成CO2氣體與液態(tài)水，放出的能量（填“＞”“＜”或“=”）890.3kJ．
（2）甲烷與CO2可用于合成合成氣（主要成分是一氧化碳和氫氣）：CH4+CO2═2CO+2H2 ， 1g CH4完全反應(yīng)可釋放15.46kJ的熱量，則：
①能表示該反應(yīng)過程中能量變化的是（圖1）（填字母）．

②若將物質(zhì)的量均為1mol的CH4與CO2充入某恒容密閉容器中，體系放出的熱量隨著時(shí)間的變化如圖2所示，則CH4的轉(zhuǎn)化率為 ．

（3）C（s）與H2（g）不反應(yīng)，所以C（s）+2H2（g）═CH4（g）的反應(yīng)熱無法直接測量，但通過上述反應(yīng)可求出C（s）+2H2（g）═CH4（g）的反應(yīng)熱△H= ．
（4）目前對于上述三種物質(zhì)的研究是燃料研究的重點(diǎn)，下列關(guān)于上述三種物質(zhì)的研究方向中可行的是（填字母）．
A.尋找優(yōu)質(zhì)催化劑，使CO2與H2O反應(yīng)生成CH4與O2 ， 并放出熱量
B.尋找優(yōu)質(zhì)催化劑，在常溫常壓下使CO2分解生成碳與O2
C.尋找優(yōu)質(zhì)催化劑，利用太陽能使大氣中的CO2與海底開采的CH4合成合成氣（CO、H2）
D.將固態(tài)碳合成為C60 ， 以C60作為燃料
（5）工業(yè)上合成甲醇的反應(yīng)：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H=﹣90.8kJmol﹣1 ， 若在溫度相同、容積均為2L的3個(gè)容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)如表：

容器	甲	乙	丙
反應(yīng)物投入量	1molCO、2mol H2	1mol CH3OH	2mol CO、4mol H2
CH3OH的濃度（mol/L）	c1=0.25	c2	c3
反應(yīng)的能量變化	放出Q1 kJ	吸收Q2 kJ	放出Q3 kJ
平衡常數(shù)	K1	K2	K3
反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率	α1	α2	α3

①下列不能說明該反應(yīng)在恒溫恒容條件下已達(dá)化學(xué)平衡狀態(tài)的是 ．
A．v正（H2）=2v逆（CH3OH） B．n（CO）﹕n（H2）﹕n（CH3OH）=1﹕2：1
C．混合氣體的密度不變 D．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變 E．容器的壓強(qiáng)不變
②下列說法正確的是 ．
A．c1=c2 B．Q1=Q2 C．K1=K2 D．α2+α3＜100%
③如圖表示該反應(yīng)的反應(yīng)速率v和時(shí)間t的關(guān)系圖（圖3）：

各階段的平衡常數(shù)如表所示：

t2～t3	t4～t5	t5～t6	t7～t8
K4	K5	K6	K7

K4、K5、K6、K7之間的關(guān)系為（填“＞”、“＜”或“=”）．反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率最大的一段時(shí)間是 ．

Answer 1

【答案】
（1）=
（2）D,63%
（3）﹣74.8kJ?mol﹣1
（4）C
（5）BC,AC,K4＞K5=K6=K7,t2～t3
【解析】解：（1）CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣890.3kJmol﹣1，得到甲烷細(xì)菌使1mol甲烷生成CO2氣體與液態(tài)水放出的熱量等于890.3kJmol﹣1，

所以答案是：=；（2）①甲烷與CO2可用于合成合成氣（主要成分是一氧化碳和氫氣）：CH4+CO2═2CO+2H2，1g CH4完全反應(yīng)可釋放15.46kJ的熱量，計(jì)算1mol甲烷完全反應(yīng)放出的熱量=15.46KJ×16=247.36KJ，反應(yīng)焓變△H=﹣247.36KJ/mol，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)物能量高于生成物，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g），△H=﹣247.36KJ/mol，符合能量變化的圖象只有D符合，

所以答案是：D；

②反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g），△H=﹣247.36KJ/mol，圖象可知反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)放出熱量155.80KJ，則反應(yīng)的甲烷物質(zhì)的量= =0.63mol，甲烷轉(zhuǎn)化率為63%，

所以答案是：63%；（3）已知：①CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）；△H1=﹣890.3kJ/mol；

②2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H=﹣571.6kJmol﹣1

③C（s）+O2（g）=CO2（g）；△H2=﹣393.5kJ/mol

蓋斯定律計(jì)算，②+③﹣①得到，反應(yīng)C（石墨，s）+2H2（g）=CH4（g）△H=﹣74.8 kJmol﹣1，

所以答案是：﹣74.8 kJmol﹣1；（4）A．甲烷與氧氣的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，可知CO2與H2O反應(yīng)生成CH4和O2為吸熱反應(yīng)，故A錯(cuò)誤；

B．使CO2分解生成碳與O2的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，常溫下不能發(fā)生，故B項(xiàng)不正確；

C．大氣中的CO2和海底開采的CH4合成合成氣（CO、H2），具有可行性，利用優(yōu)質(zhì)催化劑、太陽能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，故C正確；

D．將固態(tài)碳合成C60，以C60作燃料，產(chǎn)物相同，研究方向不可行，故D錯(cuò)誤；

所以答案是：C；（5）①A．v正（H2）=2v逆（CH3OH），表示的是正逆反應(yīng)速率，且滿足二者計(jì)算量關(guān)系，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；

B．n（CO）：n（H2）：n（CH3OH）=1：2：1，物質(zhì)的量之比，無法判斷正逆反應(yīng)速率是否相等，無法判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；

C．混合氣體的密度不變，反應(yīng)前后都是氣體，容器的容積不變，所以氣體的密度始終不變，密度不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故C正確；

D．該反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)，反應(yīng)過程中氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化，混合氣體的平均分子量發(fā)生變化，若混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，說明達(dá)到了平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)誤；

E．該反應(yīng)是體積縮小的反應(yīng)，氣體的物質(zhì)的量在反應(yīng)中發(fā)生變化，若容器的壓強(qiáng)不變，說明正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到了平衡狀態(tài)，故E錯(cuò)誤；

所以答案是：BC；

②A、恒溫恒容條件下，甲加入1molCO、2molH2與乙中1molCH3OH為等效平衡，則達(dá)到平衡時(shí)各組分的濃度都相等，所以c1=c2，故A正確；

B、由于甲和乙是從不同方向進(jìn)行的反應(yīng)，則甲放出的熱量與乙吸收的熱量不一定相等，故B錯(cuò)誤；

C、由于甲和乙為從不同的方向進(jìn)行的可逆反應(yīng)，兩個(gè)反應(yīng)中溫度相同，則平衡常數(shù)不變，所以K1=K2，故C正確；

D、甲和乙為等效平衡，反應(yīng)的方向完全不同，所以a1=a2，用于丙中濃度為甲的2倍，相當(dāng)于增大了壓強(qiáng)，丙中反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率大于甲，即a3＞a1，所以a2+a3＞100%，故D錯(cuò)誤；

所以答案是：AC；

③t3時(shí)刻，正逆反應(yīng)速率都增大，且逆反應(yīng)速率變化大，平衡向逆反應(yīng)移動，應(yīng)為升高溫度，所以K4＞K5；

t6時(shí)刻，正逆反應(yīng)速率都減小，且正反應(yīng)速率變化大，平衡向逆反應(yīng)移動；應(yīng)為降低壓強(qiáng)，所以K6=K7；

t5～t6正逆速率都增大，平衡不移動，應(yīng)是使用催化劑，K不變，所以K5=K6，所以K4＞K5=K6=K7，

根據(jù)t3時(shí)刻升高了溫度，平衡向著逆向移動，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率減小；t4﹣t5時(shí)使用催化劑，轉(zhuǎn)化率不變；t6時(shí)減小了壓強(qiáng)，平衡向著逆向移動，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率減小，所以t2～t3段A的轉(zhuǎn)化率最高，

所以答案是：K4＞K5=K6=K7； t2～t3．

【考點(diǎn)精析】根據(jù)題目的已知條件，利用反應(yīng)熱和焓變和化學(xué)平衡狀態(tài)本質(zhì)及特征的相關(guān)知識可以得到問題的答案，需要掌握在化學(xué)反應(yīng)中放出或吸收的熱量，通常叫反應(yīng)熱；化學(xué)平衡狀態(tài)的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動”即是動態(tài)平衡，平衡時(shí)反應(yīng)仍在進(jìn)行；“定”即反應(yīng)混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學(xué)平衡；與途徑無關(guān)，外界條件不變，可逆反應(yīng)無論是從正反應(yīng)開始，還是從逆反應(yīng)開始，都可建立同一平衡狀態(tài)（等效）．