Question

【题目】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vⅠ、vⅡ、vⅢ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) 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________(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】vⅢ＞vⅡ＞vⅠ Ⅱ 91% CO2(g)＋3H2O(g)＝CO(g)＋2O2(g)＋3H2(g) ΔH＝＋1 008 kJ·mol－1

【解析】

（1）根据图像分析解答；

（2）CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g），该反应的△H=+206kJmol-1，反应是吸热反应，反应物能量低于生成物能量；根据能量变化画出图象；

（3）根据三行式法计算得到转化率；

（4）根据盖斯定律计算。

（1）由图可以知道，在0～30h内，甲烷的物质的量变化量为△n（Ⅰ）＜△n（Ⅱ）＜△n（Ⅲ），故在0～30h内，CH4的平均生成速率v（Ⅲ）＞v（Ⅱ）＞v（Ⅰ）；由图可以知道反应开始后的12小时内，在第Ⅱ种催化剂的作用下，收集的CH4最多；答案：vⅢ＞vⅡ＞vⅠ；Ⅱ

（2）CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g），该反应的△H=+206kJmol-1，反应是吸热反应，反应过程中体系的能量变化图为：；

答案：

（3）将等物质的量的CH4和H2O（g）充入1L恒容密闭容器,某温度下反应达到平衡,平衡常数k=27，此时测得CO的物质的量为0.10mol,根据平衡的三步计算可求CH4的平衡转化率。

CH4（g） + H2O（g）CO（g）+3H2（g）

起始量(mol) x x 0 0

变化量(mol) 0.10 0.10 0.10 0.30

平衡量(mol) x-0.10 x-0.10 0.10 0.30

K===27

计算得到x=0.11mol

甲烷的转化率=×100%≈91%；

答案：91%

(4)CH4(g)＋H2O(g)=CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋206 kJ·mol－1 ①

CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－802 kJ·mol－1 ②

根据盖斯定律①-②得到：CO2(/span>g)＋3H2O(g)=CO(g)＋2O2(g)＋3H2(g) ΔH＝＋1008 kJ·mol－1；

答案：CO2(g)＋3H2O(g)=CO(g)＋2O2(g)＋3H2(g) ΔH＝＋1008 kJ·mol－1。