Question

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

請回答下列問題：
（1）反應開始后的12小時內，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器，發生反應CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206kJ?mol^-1．將等物質的量的CH₄和H₂O（g）充入1L恒容密閉容器，某溫度下反應5min后達到平衡，此時測得CO的物質的量為0.10mol，則5min內CH₄的平均反應速率為

 

．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的量的CH₄和H₂O
（3）該反應產生的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℃進行試驗，測得結果如圖2，則230℃時的實驗結果所對應的曲線是

 

（填字母）；理由是

 

．列式計算270℃時該反應的平衡常數K：

 

．

Answer 1

分析：（1）化學反應速率越快的，則相等時間內得到的甲烷量最多；
（2）化學反應速率v=

△c

△t

來計算反應速率，根據影響化學平衡移動的因素來回答判斷；
（3）根據蓋斯定律計算化學反應的焓變；
（4）依據反應是放熱反應，溫度越高，反應物轉化率越小；根據K的表達式代入數據計算．

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

△c

△t

=

0.1mol 1L

5min

=0.02mol/（L?min），甲烷表示的平均反應速率和一氧化氮的是相等的，即為0.02mol/（L?min），根據反應CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206kJ?mol^-1，
A．加熱升高溫度，化學平衡正向移動，所以一氧化碳濃度增加，甲烷濃度減小，所以比值會增大，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，比值不變，故B錯誤；
C．恒溫下增大容器體積則壓強減小，化學平衡正向移動，所以一氧化碳濃度增加，甲烷濃度減小，所以比值會增大，故C正確；
D．恒溫恒容下再充入等物質的量的CH₄和H₂O，相當于增大壓強，化學平衡逆向動，所以一氧化碳濃度減小，甲烷濃度增加，所以比值會減小，故D錯誤；
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）可以經過①+③×2-②得到，所以該反應的焓變△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）工業上用反應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℃進行實驗，結果如圖．合成甲醇是放熱反應，溫度越低轉化率越大，結合圖象可知，230℃的實驗結果所對應的曲線是X；270℃時該反應的平衡常數K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.5

0.5×12

=1，
故答案為：X，該反應是放熱反應，溫度越低轉化率越高；K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.5

0.5×12

=1．

點評：本題涉及化學平衡的影響因素以及熱化學方程式的書寫和焓變的計算知識，屬于綜合知識的考查，難度大．