Question

（2011?廣東）利用光能和光催化劑，可將CO₂和H₂O（g）轉(zhuǎn)化為CH₄和O₂．紫外光照射時(shí)，在不同催化劑（I，II，III）作用下，CH₄產(chǎn)量隨光照時(shí)間的變化如圖所示．
（1）在0-30小時(shí)內(nèi)，CH₄的平均生成速率VⅠ、VⅡ和VⅢ從大到小的順序?yàn)?!--BA-->

VⅢ＞VⅡ＞VⅠ

；
反應(yīng)開始后的12小時(shí)內(nèi)，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(yīng)器，發(fā)生反應(yīng)：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），該反應(yīng)的△H=+206kJ?mol^-1
①在答題卡的坐標(biāo)圖中，畫出反應(yīng)過程中體系的能量變化圖（進(jìn)行必要的標(biāo)注）
②將等物質(zhì)的量的CH₄和H₂O（g）充入1L恒容密閉容器，某溫度下反應(yīng)達(dá)到平衡，平衡常數(shù)K=27，此時(shí)測(cè)得CO的物質(zhì)的量為0.10mol，求CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率（計(jì)算結(jié)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生成CO的熱化學(xué)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(shí)間甲烷的物質(zhì)的量的變化量越大，表明平均速率越大，相同時(shí)間甲烷的物質(zhì)的量的變化量越小，平均反應(yīng)速率越小．由圖2可知反應(yīng)開始后的12小時(shí)內(nèi)，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(yīng)的△H=+206kJ?mol^-1，反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)物能量低于生成物能量；依據(jù)能量變化畫出圖象；
②依據(jù)合成平衡三段式列式計(jì)算得到轉(zhuǎn)化率；
（3）依據(jù)蓋斯定律和熱化學(xué)方程式計(jì)算得到；

解答：解：（1）由圖2可知，在0～30h內(nèi)，甲烷的物質(zhì)的量變化量為△n（Ⅰ）＜△n（Ⅱ）＜△n（Ⅲ），故在0～30h內(nèi)，CH₄的平均生成速率v（Ⅲ）＞v（Ⅱ）＞v（Ⅰ）；
由圖2可知反應(yīng)開始后的12小時(shí)內(nèi)，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(yīng)的△H=+206kJ?mol^-1，反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)過程中體系的能量變化圖為：；
故答案為：
②將等物質(zhì)的量的CH₄和H₂O（g）充入1L恒容密閉容器，某溫度下反應(yīng)達(dá)到平衡，平衡常數(shù)K=27，此時(shí)測(cè)得CO的物質(zhì)的量為0.10mol，根據(jù)平衡的三步計(jì)算可求CH₄的平衡轉(zhuǎn)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(jì)算得到x=0.11mol
甲烷的轉(zhuǎn)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(jù)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(diǎn)評(píng)：本題考查了圖象分析和畫圖象的方法，平衡計(jì)算應(yīng)用，熱化學(xué)方程式的書寫原則和蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，題目難度中等．