Question

（14分）利用光能和光催化剂，可将CO₂和H₂O(g)转化为CH₄和O₂。紫外光照射时，在不同催化剂（I,II,III）作用下，CH₄产量随光照时间的变化如图所示。

（1）在0-30小时内，CH₄的平均生成速率v_Ⅰ、v_Ⅱ和v_Ⅲ从大到小的顺序为         ；
反应开始后的12小时内，在第    种催化剂的作用下，收集的CH₄最多。
（2）将所得CH₄与H₂O(g)通入聚焦太阳能反应器，发生反应：CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g),该反应的ΔH="+206" kJ?mol^-1将等物质的量的CH₄和H₂O(g)充入1L恒容密闭容器，某温度下反应达到平衡，平衡常数K=27，此时测得CO的物质的量为0.10mol，求CH₄的平衡转化率（计算结果保留两位有效数字）
（3）已知：CH₄(g)＋2O₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g)  ΔH=－802kJ?mol^-1
写出由CO₂生成CO的热化学方程式                                          

Answer 1

（1）VⅢ>VⅡ> VⅠ；Ⅱ。  （2）三步计算可求CH₄的转化率为：0.1/0.11=0.91 
（3）CO₂(g) ＋3H₂O(g) =2O₂(g) ＋CO(g)+3H₂(g) △H="+1008" kJ?mol^-1

试题分析：（1）由图像可以看出，反应进行到30小时时，催化剂Ⅲ生成的甲烷最多，其次是催化剂Ⅱ，催化剂Ⅰ生成的甲烷最少。因此V_I、V_II和V_III从大到小的顺序为V_III＞V_II＞V_I＞；同理由图像也可以看出，反应进行到12小时时，催化剂Ⅱ生成的甲烷最多，因此在第Ⅱ种催化剂的作用下，收集的CH₄最多。
（2）设CH₄、H₂O的物质的量均为xmol，则
CH₄(g)  +   H₂O(g)   CO(g) +  3H₂(g)
起始量(mol)        x             x               0           0
变化量(mol)      0.10         0.10           0.10       0.30
平衡量(mol)      x- 0.10    x- 0.10         0.10       0.30
根据题意，则平衡常数K=c(CO)·c³(H₂)/[c(CH₄)·c(H₂O)]=(0.10mol·L^-1)·(0.30mol·L^-1)³/[(x-0.10)mol·L^-1·(x- 0.10)mol·L^-1]=27(mol·L^-1)²，则x=0.11mol，所以CH₄的转化率为0.1/0.11=0.91。
（3）由热化学方程式①CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)  ΔH="+206" kJ?mol^-1②CH₄(g)＋2O₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g)  ΔH=－802kJ?mol^-1，①－②得CO₂(g) ＋3H₂O(g) =2O₂(g) ＋CO(g)+3H₂(g) △H="+1008" kJ?mol^-1。
点评：本题综合性强，是高考中的热点考题，主要考查学生的分析问题，解决问题的能力。