Question

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

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

①畫出反應(yīng)過程中體系能量變化圖(進(jìn)行必要標(biāo)注)。

②將等物質(zhì)的量的CH4和H2O(g)充入1 L恒容密閉反應(yīng)器，某溫度下反應(yīng)達(dá)平衡，平衡常數(shù)K=27，此時(shí)測得CO的物質(zhì)的量為0.10 mol，求得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為____________(計(jì)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(xué)方程式____________________。

Answer 1

【答案】（1）vⅢ＞vⅡ＞vⅠ（2分） Ⅱ（1分）

（2）①（3分）

②91%（3分）

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

【解析】（2）②設(shè)開始時(shí)CH4和H2O的物質(zhì)的量為x mol，則

CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)

開始/(mol·L－1) x x 0 0

轉(zhuǎn)化/(mol·L－1) 0.10 0.10 0.10 0.30

平衡/(mol·L－1) x－0.10 x－0.10 0.10 0.30

則K＝＝27，解得：x＝0.11，CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為：×100%＝91%。

（3）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

將①－②得：CO2(g)＋3H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)＋2O2(g) ΔH＝＋1 008 kJ·mol－1。