Question

【题目】CH4、H2、C都是优质的能源物质，它们燃烧的热化学方程式为：
①CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣890.3kJmol﹣1
②2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H=﹣571.6kJmol﹣1
③C（s）+O2（g）═CO2（g）△H=﹣393.5kJmol﹣1
（1）在深海中存在一种甲烷细菌，它们依靠酶使甲烷与O2作用产生的能量存活，甲烷细菌使1mol甲烷生成CO2气体与液态水，放出的能量（填“＞”“＜”或“=”）890.3kJ．
（2）甲烷与CO2可用于合成合成气（主要成分是一氧化碳和氢气）：CH4+CO2═2CO+2H2 ， 1g CH4完全反应可释放15.46kJ的热量，则：
①能表示该反应过程中能量变化的是（图1）（填字母）．

②若将物质的量均为1mol的CH4与CO2充入某恒容密闭容器中，体系放出的热量随着时间的变化如图2所示，则CH4的转化率为 ．

（3）C（s）与H2（g）不反应，所以C（s）+2H2（g）═CH4（g）的反应热无法直接测量，但通过上述反应可求出C（s）+2H2（g）═CH4（g）的反应热△H= ．
（4）目前对于上述三种物质的研究是燃料研究的重点，下列关于上述三种物质的研究方向中可行的是（填字母）．
A.寻找优质催化剂，使CO2与H2O反应生成CH4与O2 ， 并放出热量
B.寻找优质催化剂，在常温常压下使CO2分解生成碳与O2
C.寻找优质催化剂，利用太阳能使大气中的CO2与海底开采的CH4合成合成气（CO、H2）
D.将固态碳合成为C60 ， 以C60作为燃料
（5）工业上合成甲醇的反应：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H=﹣90.8kJmol﹣1 ， 若在温度相同、容积均为2L的3个容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时如表：

容器	甲	乙	丙
反应物投入量	1molCO、2mol H2	1mol CH3OH	2mol CO、4mol H2
CH3OH的浓度（mol/L）	c1=0.25	c2	c3
反应的能量变化	放出Q1 kJ	吸收Q2 kJ	放出Q3 kJ
平衡常数	K1	K2	K3
反应物转化率	α1	α2	α3

①下列不能说明该反应在恒温恒容条件下已达化学平衡状态的是 ．
A．v正（H2）=2v逆（CH3OH） B．n（CO）﹕n（H2）﹕n（CH3OH）=1﹕2：1
C．混合气体的密度不变 D．混合气体的平均相对分子质量不变 E．容器的压强不变
②下列说法正确的是 ．
A．c1=c2 B．Q1=Q2 C．K1=K2 D．α2+α3＜100%
③如图表示该反应的反应速率v和时间t的关系图（图3）：

各阶段的平衡常数如表所示：

t2～t3	t4～t5	t5～t6	t7～t8
K4	K5	K6	K7

K4、K5、K6、K7之间的关系为（填“＞”、“＜”或“=”）．反应物的转化率最大的一段时间是 ．

Answer 1

【答案】
（1）=
（2）D,63%
（3）﹣74.8kJ?mol﹣1
（4）C
（5）BC,AC,K4＞K5=K6=K7,t2～t3
【解析】解：（1）CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣890.3kJmol﹣1，得到甲烷细菌使1mol甲烷生成CO2气体与液态水放出的热量等于890.3kJmol﹣1，

所以答案是：=；（2）①甲烷与CO2可用于合成合成气（主要成分是一氧化碳和氢气）：CH4+CO2═2CO+2H2，1g CH4完全反应可释放15.46kJ的热量，计算1mol甲烷完全反应放出的热量=15.46KJ×16=247.36KJ，反应焓变△H=﹣247.36KJ/mol，反应为放热反应，反应物能量高于生成物，反应的热化学方程式为：CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g），△H=﹣247.36KJ/mol，符合能量变化的图象只有D符合，

所以答案是：D；

②反应的热化学方程式为：CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g），△H=﹣247.36KJ/mol，图象可知反应达到平衡状态放出热量155.80KJ，则反应的甲烷物质的量= =0.63mol，甲烷转化率为63%，

所以答案是：63%；（3）已知：①CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）；△H1=﹣890.3kJ/mol；

②2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H=﹣571.6kJmol﹣1

③C（s）+O2（g）=CO2（g）；△H2=﹣393.5kJ/mol

盖斯定律计算，②+③﹣①得到，反应C（石墨，s）+2H2（g）=CH4（g）△H=﹣74.8 kJmol﹣1，

所以答案是：﹣74.8 kJmol﹣1；（4）A．甲烷与氧气的反应为放热反应，可知CO2与H2O反应生成CH4和O2为吸热反应，故A错误；

B．使CO2分解生成碳与O2的反应为吸热反应，常温下不能发生，故B项不正确；

C．大气中的CO2和海底开采的CH4合成合成气（CO、H2），具有可行性，利用优质催化剂、太阳能实现转化，故C正确；

D．将固态碳合成C60，以C60作燃料，产物相同，研究方向不可行，故D错误；

所以答案是：C；（5）①A．v正（H2）=2v逆（CH3OH），表示的是正逆反应速率，且满足二者计算量关系，说明反应达到平衡状态，故A错误；

B．n（CO）：n（H2）：n（CH3OH）=1：2：1，物质的量之比，无法判断正逆反应速率是否相等，无法判断是否达到平衡状态，故B正确；

C．混合气体的密度不变，反应前后都是气体，容器的容积不变，所以气体的密度始终不变，密度不能作为判断平衡状态的依据，故C正确；

D．该反应是气体体积缩小的反应，反应过程中气体的物质的量发生变化，混合气体的平均分子量发生变化，若混合气体的平均相对分子质量不变，说明达到了平衡状态，故D错误；

E．该反应是体积缩小的反应，气体的物质的量在反应中发生变化，若容器的压强不变，说明正逆反应速率相等，达到了平衡状态，故E错误；

所以答案是：BC；

②A、恒温恒容条件下，甲加入1molCO、2molH2与乙中1molCH3OH为等效平衡，则达到平衡时各组分的浓度都相等，所以c1=c2，故A正确；

B、由于甲和乙是从不同方向进行的反应，则甲放出的热量与乙吸收的热量不一定相等，故B错误；

C、由于甲和乙为从不同的方向进行的可逆反应，两个反应中温度相同，则平衡常数不变，所以K1=K2，故C正确；

D、甲和乙为等效平衡，反应的方向完全不同，所以a1=a2，用于丙中浓度为甲的2倍，相当于增大了压强，丙中反应物转化率大于甲，即a3＞a1，所以a2+a3＞100%，故D错误；

所以答案是：AC；

③t3时刻，正逆反应速率都增大，且逆反应速率变化大，平衡向逆反应移动，应为升高温度，所以K4＞K5；

t6时刻，正逆反应速率都减小，且正反应速率变化大，平衡向逆反应移动；应为降低压强，所以K6=K7；

t5～t6正逆速率都增大，平衡不移动，应是使用催化剂，K不变，所以K5=K6，所以K4＞K5=K6=K7，

根据t3时刻升高了温度，平衡向着逆向移动，反应物转化率减小；t4﹣t5时使用催化剂，转化率不变；t6时减小了压强，平衡向着逆向移动，反应物转化率减小，所以t2～t3段A的转化率最高，

所以答案是：K4＞K5=K6=K7； t2～t3．

【考点精析】根据题目的已知条件，利用反应热和焓变和化学平衡状态本质及特征的相关知识可以得到问题的答案，需要掌握在化学反应中放出或吸收的热量，通常叫反应热；化学平衡状态的特征：“等”即 V正=V逆>0；“动”即是动态平衡，平衡时反应仍在进行；“定”即反应混合物中各组分百分含量不变；“变”即条件改变，平衡被打破，并在新的条件下建立新的化学平衡；与途径无关，外界条件不变，可逆反应无论是从正反应开始，还是从逆反应开始，都可建立同一平衡状态（等效）．