Question

【题目】利用光能和光催化剂，可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外光照射时，在不同催化剂(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ)作用下，CH4产量随光照时间的变化如图所示。

（1）在0～30小时内，CH4的平均生成速率vⅠ、vⅡ和vⅢ从大到小的顺序为________；反应开始后的12小时内，在第________种催化剂作用下，收集的CH4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)。该反应ΔH=＋206 kJ·mol－1。

①画出反应过程中体系能量变化图(进行必要标注)。

②将等物质的量的CH4和H2O(g)充入1 L恒容密闭反应器，某温度下反应达平衡，平衡常数K=27，此时测得CO的物质的量为0.10 mol，求得CH4的平衡转化率为____________(计算结果保留两位有效数字)。

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

写出由CO2生成CO的热化学方程式____________________。

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设开始时CH4和H2O的物质的量为x mol，则

CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)

开始/(mol·L－1) x x 0 0

转化/(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

则K＝＝27，解得：x＝0.11，CH4的平衡转化率为：×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

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