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，在不同催化劑(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ)作用下，CH4產(chǎn)量隨光照時間的變化如圖所示。

 

(1)在0～30 小時內(nèi)，CH4的平均生成速率 vⅠ、vⅡ和vⅢ從大到小的順序為________；反應開始后的 12 小時內(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器，發(fā)生反應：CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)。該反應ΔH＝＋206 kJ·mol－1。

①畫出反應過程中體系能量變化圖(進行必要標注)。

②將等物質(zhì)的量的CH4 和 H2O(g)充入 1 L 恒容密閉反應器中，某溫度下反應達到平衡，平衡常數(shù) K ＝ 27，此時測得 CO 的物質(zhì)的量為 0.10 mol，求CH4的平衡轉(zhuǎn)化率(計算結(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 的熱化學方程式____________________________________

 

Answer 1

(1)vⅢ>vⅡ>vⅠ�、�

(2)①

 

②91%

(3)CO2(g)＋3H2O(g)=CO(g)＋3H2(g)＋2O2(g)

ΔH＝＋1008 kJ· mol－1

【解析】本題考查化學反應速率和化學平衡，意在考查考生的識圖能力、三段式解決化學平衡問題能力和蓋斯定律的使用。(1)0～30小時內(nèi)，CH4的平均速率＝，由圖可知，30小時內(nèi)CH4的產(chǎn)量Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ，即CH4的平均生成速率的關(guān)系為vⅢ>vⅡ>vⅠ；前12小時內(nèi)在第Ⅱ種催化劑作用下，收集的CH4最多。

(2)①該反應中，CH4的用量越多，吸收的熱量越多，二者成正比例關(guān)系，標注反應熱注意二者的對應關(guān)系。

②假設(shè)CH4和H2O的起始量均為x mol，結(jié)合平衡時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)合題目所給的兩個熱化學反應方程式，根據(jù)蓋斯定律，將兩方程式作差即可。