Question

利用光能和光催化剂，可将CO₂和H₂O(g)转化为CH₄和O₂。紫外光照射时，在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下，CH₄产量随光照时间的变化如下图所示。

(1)在0～30小时内，CH₄的平均生成速率v_Ⅰ、v_Ⅱ、v_Ⅲ从大到小的顺序为________________；反应开始后的12小时内，在第______种催化剂作用下，收集的CH₄最多。

(2)将所得CH₄与H₂O(g)通入聚焦太阳能反应器，发生反应：CH₄(g)＋H₂O(g)CO(g)＋3H₂(g)。该反应ΔH＝206 kJ·mol^－1。

①在下列坐标图中，画出反应过程中体系能量变化图(进行必要标注)。

②将等物质的量的CH₄和H₂O(g)充入1 L恒容密闭反应器，某温度下反应达平衡，平衡常数K＝27，此时测得CO的物质的量为0.10 mol，则CH₄的平衡转化率为________(计算结果保留两位有效数字)。

(3)已知：CH₄(g)＋2O₂(g)===CO₂(g)＋2H₂O(g)　

ΔH＝－802 kJ·mol^－1

写出由CO₂生成CO的热化学方程式：______________________________________。

Answer 1

答案　(1)v_Ⅲ>v_Ⅱ>v_Ⅰ　Ⅱ

(2)①　②91%(或0.91)

(3)CO₂(g)＋3H₂O(g)CO(g)＋2O₂(g)＋3H₂(g)　ΔH＝1 008 kJ·mol^－1

解析　(1)由图知在30小时内CH₄的产量Ⅲ最多、Ⅰ最少，故平均生成速率v_Ⅲ>v_Ⅱ>v_Ⅰ，反应开始后的12小时内在第Ⅱ种催化剂作用下收集的CH₄最多。

(2)②设CH₄、H₂O的物质的量浓度均为a，转化率为x。

　　　CH₄(g)＋H₂O(g)CO(g)＋3H₂(g)

初始浓度  a  a  0  0

转化浓度  ax  ax  ax  3ax

平衡浓度  a－ax  a－ax  ax  3ax

则K＝＝27　又有ax＝0.1 mol·L^－1

得a＝0.11 mol·L^－1，x≈91%(或0.91)。

(3)由盖斯定律得

CO₂(g)＋3H₂O(g)CO(g)＋2O₂(g)＋3H₂(g)

ΔH＝1 008 kJ·mol^－1。