Question

【题目】CO2是目前最主要的温室气体，减小CO2的排放并用来制造有价值的化学用品是目前的研究目标。

（1）利用CO2与CH4生产合成气(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

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

②250℃时，以镍合金为催化剂，向体积为4 L的密闭容器中通入6 mol CO2、6 mol CH4，开始发生如下反应：CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)。经过一段时间达到平衡，平衡体系中各组分体积分数(某一成分物质的量占总气体物质的量的百分数)如下表：

物质	CH4	CO2	CO	H2
体积分数	0.1	0.1	0.4	0.4

此温度下该反应的平衡常数K=________________。

（2）以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如下图所示。250～300℃时，乙酸的生成速率减小的可能原因是____________________。

（3） 如以氢氧化钾水溶液作电解质进行电解，CO2在铜电极上可转化为甲烷，该电极反应方程式为_____________________。

（4）将2mol CO2和6molH2容积相同而温度不同的Ⅰ、Ⅱ两个恒容密闭容器中开始发生反应：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)，测得CH3OH的物质的量随时间的变化如下图1所示。

①曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ_______KⅡ(填“>”“=”或“<”)，可知该 反应是一个_______(填“放热”或“吸热”)反应。

②下列事实说明该反应已达到平衡状态的是_________________：

A．容器内气体压强保持不变

B．容器内气体的密度保持不变

C．CO2的体积分数保持不变

D．CO2的消耗速率与CH3OH的生成速率相等

E．容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变

（5）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上图2所示。在0～15小时内，CH4的平均生成速率Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ从大到小的顺序为_____________(填序号)。

Answer 1

【答案】（1）①+247.3KJ/mol；②64；

（2）250～300℃时催化剂的催化效率急剧降低；

（3）CO2＋6H2O=8e－=CH4＋8OH－；

（4）①＞，放热；②ACE；

（5）Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅰ。

【解析】

试题分析：（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

变化： x x 2x 2x

平衡：6－x 6－x 2x 2x

根据体积分数，求出x=4，达到平衡时c(CO2)=2/4mol·L－1=0.5mol·L－1，c(CH4)=0.5mol·L－1，c(CO)=c(H2)=2mol·L－1，根据化学平衡常数的表达式，K=c2(H2)×c2(CO)/[c(CO2)×c(CH4)]=24/(0.5×0.5)= 64；（2）根据图像，250～300℃时催化剂的催化效率急剧降低；（3）CO2→CH4，化合价降低，得到电子，环境是碱性，因此电极反应式为CO2＋6H2O=8e－=CH4＋8OH－；（4）①先平衡，说明反应速率快，即II的温度大于I的温度，随着温度升高，CH3OH的物质的量降低，说明平衡向逆反应方向进行，正反应是放热反应，化学平衡常数只受温度的影响，即KI>KII；②A、反应前后气体系数之和不相等，因此压强不变，说明反应达到平衡，故正确；B、根据密度的定义，组分都是气体，因此气体质量不变，容器是恒容状态，气体体积不变，因此密度不变，不能说明反应达到平衡，故错误；C、根据化学平衡状态的定义，CO2的体积分数不变，说明反应达到平衡，故正确；D、用不同物质的反应速率表示达到平衡，要求反应方向一正一逆，且反应速率之比等于化学计量数之比，CO2的消耗速率和CH3OH的生成速率都是向正反应方向进行，因此不能判断平衡，故错误；E、根据M=m/n，组分都是气体，气体质量不变，反应前后气体系数之和不变，n不变时，说明反应达到平衡，故正确；（5）根据图像，单位时间内，CH4的产率变化大，说明生成速率快，即Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅰ。