Question

【題目】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________；反應開始后的12小時內，在第________種催化劑作用下，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ΔH=＋206 kJ·mol－1。

①畫出反應過程中體系能量變化圖(進行必要標注)。

②將等物質的量的CH4和H2O(g)充入1 L恒容密閉反應器，某溫度下反應達平衡，平衡常數K=27，此時測得CO的物質的量為0.10 mol，求得CH4的平衡轉化率為____________(計算結果保留兩位有效數字)。

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

寫出由CO2生成CO的熱化學方程式____________________。

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設開始時CH4和H2O的物質的量為x mol，則

CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)

開始/(mol·L－1) x x 0 0

轉化/(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

則K＝＝27，解得：x＝0.11，CH4的平衡轉化率為：×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

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