Question

利用光能和光催化劑，可將CO₂和H₂O（g）轉化為CH₄和O₂，其它條件相同的情況下，使用不同催化劑（Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ），CH₄的產量隨光照時間的變化如圖所示．
（1）在O?30小時內，CH₄的平均生成速率v（Ⅰ）、v（Ⅱ）和v（Ⅲ）由大到小的順序為

 

；
（2）將所得CH₄與H₂O（g）通入聚焦太陽能反應器，發(fā)生反應CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），該反應的△H=+206kJ．mol^-1．
①由熱化學方程式可知，該反應反應物的總能量

 

生成物的總能量（填高于、低于或等于）；
②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(shù)K=27，此時測得CO的物質的量為0.10mol，CH₄的平衡轉化率為

 

（計算結果保留兩位有效數(shù)字）；
（3）已知：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-802kJ?mol^-1
寫出由CO₂（g）和H₂O（g）反應生成CO（g）、H₂（g）和O₂（g）的熱化學方程式

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,反應熱和焓變,熱化學方程式

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題

分析：（1）相同時間甲烷的物質的量的變化量越大，表明平均速率越大，相同時間甲烷的物質的量的變化量越小，平均反應速率越��；
（2）①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），該反應的△H=+206kJ?mol^-1，反應是吸熱反應，反應物能量低于生成物能量；
②依據(jù)合成平衡三段式列式計算得到轉化率；
（3）依據(jù)蓋斯定律和已知熱化學方程式寫出目標反應的熱化學方程式．

解答： 解：（1）由圖2可知，在0～30h內，甲烷的物質的量變化量為△n（Ⅰ）＜△n（Ⅱ）＜△n（Ⅲ），故在0～30h內，CH₄的平均生成速率大小為：v（Ⅲ）＞v（Ⅱ）＞v（Ⅰ），
故答案為：v（III）＞v（II）＞v（I）；
（2）①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），該反應的△H=+206kJ?mol^-1，反應是吸熱反應，反應過程中反應物能量低于生成物總能量，即：，故答案為：低于；
②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(shù)K=27，此時測得CO的物質的量為0.10mol，根據(jù)平衡的三步計算可求CH₄的平衡轉化率：
               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
該反應的平衡常數(shù)為：K=

0.10×0.303

(x-0.10)2

=27，
解：x=0.11mol
甲烷的轉化率為：

0.10mol

0.11mol

×100%=91%，
故答案為：91%；
（3）①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），△H=+206kJ?mol^-1，
②CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-802kJ?mol^-1，
依據(jù)蓋斯定律①-②可得：CO₂（g）+3H₂O（g）═2O₂（g）+CO（g）+3H₂（g）△H=+1008 kJ?mol^-1，
故答案為：CO₂（g）+3H₂O（g）═2O₂（g）+CO（g）+3H₂（g）△H=+1008 kJ?mol^-1．

點評：本題考查了化學反應圖象分析、化學平衡的計算、熱化學方程式的書寫原則和蓋斯定律的計算應用，題目難度中等，注意掌握化學平衡圖象的分析及計算方法，明確蓋斯定律的概念及書寫熱化學方程式的方法．