Question

（14分）利用光能和光催化劑，可將CO₂和H₂O(g)轉化為CH₄和O₂。紫外光照射時，在不同催化劑（I,II,III）作用下，CH₄產量隨光照時間的變化如圖所示。

（1）在0-30小時內，CH₄的平均生成速率v_Ⅰ、v_Ⅱ和v_Ⅲ從大到小的順序為          ；

反應開始后的12小時內，在第     種催化劑的作用下，收集的CH₄最多。

（2）將所得CH₄與H₂O(g)通入聚焦太陽能反應器，發生反應：CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g),該反應的ΔH=+206 kJ•mol^-1將等物質的量的CH₄和H₂O(g)充入1L恒容密閉容器，某溫度下反應達到平衡，平衡常數K=27，此時測得CO的物質的量為0.10mol，求CH₄的平衡轉化率（計算結果保留兩位有效數字）

（3）已知：CH₄(g)＋2O₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g)  ΔH=－802kJ•mol^-1

 寫出由CO₂生成CO的熱化學方程式                                          

 

Answer 1

【答案】

（1）VⅢ>VⅡ> VⅠ；Ⅱ。   （2）三步計算可求CH₄的轉化率為：0.1/0.11=0.91 

（3）CO₂(g) ＋3H₂O(g) =2O₂(g) ＋CO(g)+3H₂(g) △H=+1008 kJ•mol^-1

【解析】

試題分析：（1）由圖像可以看出，反應進行到30小時時，催化劑Ⅲ生成的甲烷最多，其次是催化劑Ⅱ，催化劑Ⅰ生成的甲烷最少。因此V_I、V_II和V_III從大到小的順序為V_III＞V_II＞V_I＞；同理由圖像也可以看出，反應進行到12小時時，催化劑Ⅱ生成的甲烷最多，因此在第Ⅱ種催化劑的作用下，收集的CH₄最多。

（2）設CH₄、H₂O的物質的量均為xmol，則

CH₄(g)  +   H₂O(g)    CO(g) +  3H₂(g)

起始量(mol)        x              x               0           0

變化量(mol)      0.10          0.10           0.10       0.30

平衡量(mol)      x- 0.10     x- 0.10         0.10       0.30

根據題意，則平衡常數K=c(CO)·c³(H₂)/[c(CH₄)·c(H₂O)]=(0.10mol·L^-1)·(0.30mol·L^-1)³/[(x-0.10)mol·L^-1·(x- 0.10)mol·L^-1]=27(mol·L^-1)²，則x=0.11mol，所以CH₄的轉化率為0.1/0.11=0.91。

（3）由熱化學方程式①CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)  ΔH=+206 kJ•mol^-1②CH₄(g)＋2O₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g)  ΔH=－802kJ•mol^-1，①－②得CO₂(g) ＋3H₂O(g) =2O₂(g) ＋CO(g)+3H₂(g) △H=+1008 kJ•mol^-1。

考點：本題考查化學反應速率的概念、計算及外界條件對反應速率對影響；反應熱的概念和蓋斯定律的計算；與化學平衡有關的計算。

點評：本題綜合性強，是高考中的熱點考題，主要考查學生的分析問題，解決問題的能力。