Question

二氧化碳作為未來碳源，既可彌補(bǔ)因石油、天然氣等大量消耗引起的“碳源危機(jī)”，又可有效地解決溫室效應(yīng)．目前，人們利用光能和催化劑，可將CO₂和H₂O（g）轉(zhuǎn)化為CH₄和O₂．某研究小組選用不同的催化劑（a，b，c），獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示．

請回答下列問題：
（1）反應(yīng)開始后的12小時(shí)內(nèi)，在

 

（填a、b、c）的作用下，收集CH₄的最多．
（2）將所得CH₄與H₂O（g）通入聚焦太陽能反應(yīng)器，發(fā)生反應(yīng)CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206kJ?mol^-1．將等物質(zhì)的量的CH₄和H₂O（g）充入1L恒容密閉容器，某溫度下反應(yīng)5min后達(dá)到平衡，此時(shí)測得CO的物質(zhì)的量為0.10mol，則5min內(nèi)CH₄的平均反應(yīng)速率為

 

．平衡后可以采取下列

 

的措施能使 n（CO）/n（CH₄）增大．
A．加熱升高溫度             B．恒溫恒容下充入氦氣
C．恒溫下增大容器體積       D．恒溫恒容下再充入等物質(zhì)的量的CH₄和H₂O
（3）該反應(yīng)產(chǎn)生的CO和H₂可用來合成可再生能源甲醇，已知CO（g）、CH₃OH（l）、H₂（g）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ?mol^-1、-726.5kJ?mol^-1和-285.8kJ?mol^-1，則CO（g）和H₂（g）合成CH₃OH（l）的熱化學(xué)方程式為

 

．
（4）某科研人員為研究H₂和CO合成甲醇的最佳起始組成比n（H₂）：n（CO），在1L恒容密閉容器中通入H₂與CO的混合氣（CO的投入量均為1mol），分別在230℃、250℃和270℃進(jìn)行試驗(yàn)，測得結(jié)果如圖2，則230℃時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所對應(yīng)的曲線是

 

（填字母）；理由是

 

．列式計(jì)算270℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K：

 

．

Answer 1

分析：（1）化學(xué)反應(yīng)速率越快的，則相等時(shí)間內(nèi)得到的甲烷量最多；
（2）化學(xué)反應(yīng)速率v=

△c

△t

來計(jì)算反應(yīng)速率，根據(jù)影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素來回答判斷；
（3）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的焓變；
（4）依據(jù)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越高，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率越小；根據(jù)K的表達(dá)式代入數(shù)據(jù)計(jì)算．

解答：解：（1）根據(jù)圖示的三條曲線，b的斜率最大，所以反應(yīng)速率最快，開始后的12小時(shí)內(nèi)，收集到的甲烷最多，故答案為：b；
（2）5min內(nèi)CO的平均化學(xué)反應(yīng)速率v=

△c

△t

=

0.1mol 1L

5min

=0.02mol/（L?min），甲烷表示的平均反應(yīng)速率和一氧化氮的是相等的，即為0.02mol/（L?min），根據(jù)反應(yīng)CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206kJ?mol^-1，
A．加熱升高溫度，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，所以一氧化碳濃度增加，甲烷濃度減小，所以比值會(huì)增大，故A正確；
B．恒溫恒容下充入氦氣，各組分的濃度不變，所以平衡不移動(dòng)，比值不變，故B錯(cuò)誤；
C．恒溫下增大容器體積則壓強(qiáng)減小，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，所以一氧化碳濃度增加，甲烷濃度減小，所以比值會(huì)增大，故C正確；
D．恒溫恒容下再充入等物質(zhì)的量的CH₄和H₂O，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡逆向動(dòng)，所以一氧化碳濃度減小，甲烷濃度增加，所以比值會(huì)減小，故D錯(cuò)誤；
故選AC，
故答案為：0.02mol/（L?min）；AC；
（3）已知①CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1
②CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ?mol^-1
③H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol，
則CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l）可以經(jīng)過①+③×2-②得到，所以該反應(yīng)的焓變△H=（-283.0kJ?mol^-1 ）+726.5kJ?mol^-1+2×（-285.8kJ/mol）=-128.1kJ?mol^-1
，故答案為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l）△H=-128.1 kJ?mol^-1；
（4）工業(yè)上用反應(yīng)④低壓合成甲醇，在230℃～270℃最為有利．為研究合成氣最合適的起始組成比，分別在230℃、250℃和270℃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖．合成甲醇是放熱反應(yīng)，溫度越低轉(zhuǎn)化率越大，結(jié)合圖象可知，230℃的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所對應(yīng)的曲線是X；270℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.5

0.5×12

=1，
故答案為：X，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越低轉(zhuǎn)化率越高；K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.5

0.5×12

=1．

點(diǎn)評：本題涉及化學(xué)平衡的影響因素以及熱化學(xué)方程式的書寫和焓變的計(jì)算知識，屬于綜合知識的考查，難度大．