Question

（2011?廣東）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VⅠ、VⅡ和VⅢ從大到小的順序為

VⅢ＞VⅡ＞VⅠ

；
反應開始后的12小時內，在第

Ⅱ

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△H=+206kJ?mol^-1
①在答題卡的坐標圖中，畫出反應過程中體系的能量變化圖（進行必要的標注）
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）△H=-802kJ?mol^-1
寫出由CO₂生成CO的熱化學方程式

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

．

Answer 1

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，平均反應速率越小．由圖2可知反應開始后的12小時內，在第Ⅱ種催化劑的作用下，收集的CH₄最多；
（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；依據能量變化畫出圖象；
②依據合成平衡三段式列式計算得到轉化率；
（3）依據蓋斯定律和熱化學方程式計算得到；

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v（Ⅲ）＞v（Ⅱ）＞v（Ⅰ）；
由圖2可知反應開始后的12小時內，在第Ⅱ種催化劑的作用下，收集的CH₄最多；
故答案為：VⅢ＞VⅡ＞VⅠ；Ⅱ．
（2）①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），該反應的△H=+206kJ?mol^-1，反應是吸熱反應，反應過程中體系的能量變化圖為：；
故答案為：
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K=27，此時測得CO的物質的量為0.10mol，根據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
K=

c(CO)c3(H2)

c(CH4)c(H2O)

=

0.10×0.303

(x-0.10)2

=27
計算得到x=0.11mol
甲烷的轉化率=

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
依據蓋斯定律①-②得到：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：本題考查了圖象分析和畫圖象的方法，平衡計算應用，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．