Question

二氧化碳作为未来碳源，既可弥补因石油、天然气等大量消耗引起的“碳源危机”，又可有效地解决温室效应．目前，人们利用光能和催化剂，可将CO₂和H₂O（g）转化为CH₄和O₂．某研究小组选用不同的催化剂（a，b，c），获得的实验结果如图1所示．

请回答下列问题：
（1）反应开始后的12小时内，在

 

（填a、b、c）的作用下，收集CH₄的最多．
（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）△H=+206kJ?mol^-1．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5min后达到平衡，此时测得CO的物质的量为0.10mol，则5min内CH₄的平均反应速率为

 

．平衡后可以采取下列

 

的措施能使 n（CO）/n（CH₄）增大．
A．加热升高温度             B．恒温恒容下充入氦气
C．恒温下增大容器体积       D．恒温恒容下再充入等物质的量的CH₄和H₂O
（3）该反应产生的CO和H₂可用来合成可再生能源甲醇，已知CO（g）、CH₃OH（l）、H₂（g）的燃烧热△H分别为-283.0kJ?mol^-1、-726.5kJ?mol^-1和-285.8kJ?mol^-1，则CO（g）和H₂（g）合成CH₃OH（l）的热化学方程式为

 

．
（4）某科研人员为研究H₂和CO合成甲醇的最佳起始组成比n（H₂）：n（CO），在1L恒容密闭容器中通入H₂与CO的混合气（CO的投入量均为1mol），分别在230℃、250℃和270℃进行试验，测得结果如图2，则230℃时的实验结果所对应的曲线是

 

（填字母）；理由是

 

．列式计算270℃时该反应的平衡常数K：

 

．

Answer 1

分析：（1）化学反应速率越快的，则相等时间内得到的甲烷量最多；
（2）化学反应速率v=

△c

△t

来计算反应速率，根据影响化学平衡移动的因素来回答判断；
（3）根据盖斯定律计算化学反应的焓变；
（4）依据反应是放热反应，温度越高，反应物转化率越小；根据K的表达式代入数据计算．

解答：解：（1）根据图示的三条曲线，b的斜率最大，所以反应速率最快，开始后的12小时内，收集到的甲烷最多，故答案为：b；
（2）5min内CO的平均化学反应速率v=

△c

△t

=

0.1mol 1L

5min

=0.02mol/（L?min），甲烷表示的平均反应速率和一氧化氮的是相等的，即为0.02mol/（L?min），根据反应CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206kJ?mol^-1，
A．加热升高温度，化学平衡正向移动，所以一氧化碳浓度增加，甲烷浓度减小，所以比值会增大，故A正确；
B．恒温恒容下充入氦气，各组分的浓度不变，所以平衡不移动，比值不变，故B错误；
C．恒温下增大容器体积则压强减小，化学平衡正向移动，所以一氧化碳浓度增加，甲烷浓度减小，所以比值会增大，故C正确；
D．恒温恒容下再充入等物质的量的CH₄和H₂O，相当于增大压强，化学平衡逆向动，所以一氧化碳浓度减小，甲烷浓度增加，所以比值会减小，故D错误；
故选AC，
故答案为：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，
则CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l）可以经过①+③×2-②得到，所以该反应的焓变△H=（-283.0kJ?mol^-1 ）+726.5kJ?mol^-1+2×（-285.8kJ/mol）=-128.1kJ?mol^-1
，故答案为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l）△H=-128.1 kJ?mol^-1；
（4）工业上用反应④低压合成甲醇，在230℃～270℃最为有利．为研究合成气最合适的起始组成比，分别在230℃、250℃和270℃进行实验，结果如图．合成甲醇是放热反应，温度越低转化率越大，结合图象可知，230℃的实验结果所对应的曲线是X；270℃时该反应的平衡常数K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.5

0.5×12

=1，
故答案为：X，该反应是放热反应，温度越低转化率越高；K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.5

0.5×12

=1．

点评：本题涉及化学平衡的影响因素以及热化学方程式的书写和焓变的计算知识，属于综合知识的考查，难度大．