Question

8．CH₄、H₂、C都是優(yōu)質(zhì)的能源物質(zhì)，它們?nèi)紵�的熱化學(xué)方程式為：
①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
③C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
（1）在深海中存在一種甲烷細(xì)菌，它們依靠酶使甲烷與O₂作用產(chǎn)生的能量存活，甲烷細(xì)菌使1mol甲烷生成CO₂氣體與液態(tài)水，放出的能量=（填“＞”“＜”或“=”）890.3kJ．
（2）甲烷與CO₂可用于合成合成氣（主要成分是一氧化碳和氫氣）：CH₄+CO₂═2CO+2H₂，1g CH₄完全反應(yīng)可釋放15.46kJ的熱量，則：
①能表示該反應(yīng)過程中能量變化的是（圖1）D（填字母）．
②若將物質(zhì)的量均為1mol的CH₄與CO₂充入某恒容密閉容器中，體系放出的熱量隨著時(shí)間的變化如圖2所示，則CH₄的轉(zhuǎn)化率為63%．

（3）C（s）與H₂（g）不反應(yīng)，所以C（s）+2H₂（g）═CH₄（g）的反應(yīng)熱無法直接測(cè)量，但通過上述反應(yīng)可求出C（s）+2H₂（g）═CH₄（g）的反應(yīng)熱△H=-74.8kJ•mol^-1．
（4）目前對(duì)于上述三種物質(zhì)的研究是燃料研究的重點(diǎn)，下列關(guān)于上述三種物質(zhì)的研究方向中可行的是C（填字母）．
A．尋找優(yōu)質(zhì)催化劑，使CO₂與H₂O反應(yīng)生成CH₄與O₂，并放出熱量
B．尋找優(yōu)質(zhì)催化劑，在常溫常壓下使CO₂分解生成碳與O₂
C．尋找優(yōu)質(zhì)催化劑，利用太陽能使大氣中的CO₂與海底開采的CH₄合成合成氣（CO、H₂）
D．將固態(tài)碳合成為C₆₀，以C₆₀作為燃料
（5）工業(yè)上合成甲醇的反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1，若在溫度相同、容積均為2L的3個(gè)容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測(cè)得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)如表：

容器	甲	乙	丙
反應(yīng)物投入量	1molCO、2mol H2	1mol CH3OH	2mol CO、4mol H2
CH3OH的濃度（mol/L）	c1=0.25	c2	c3
反應(yīng)的能量變化	放出Q1 kJ	吸收Q2 kJ	放出Q3 kJ
平衡常數(shù)	K1	K2	K3
反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率	α1	α2	α3

①下列不能說明該反應(yīng)在恒溫恒容條件下已達(dá)化學(xué)平衡狀態(tài)的是BC．
A．v_正（H₂）=2v_逆（CH₃OH）  B．n（CO）﹕n（H₂）﹕n（CH₃OH）=1﹕2：1
C．混合氣體的密度不變   D．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變 E．容器的壓強(qiáng)不變
②下列說法正確的是AC．
A．c₁=c₂      B．Q₁=Q₂     C．K₁=K₂      D．α₂+α₃＜100%
③如圖表示該反應(yīng)的反應(yīng)速率v和時(shí)間t的關(guān)系圖（圖3）：

各階段的平衡常數(shù)如表所示：

t2～t3	t4～t5	t5～t6	t7～t8
K4	K5	K6	K7

K₄、K₅、K₆、K₇之間的關(guān)系為K₄＞K₅=K₆=K₇（填“＞”、“＜”或“=”）．反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率最大的一段時(shí)間是t₂～t₃．

Answer 1

分析 （1）CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890，.3kJ•mol^-1，得到甲烷細(xì)菌使1mol甲烷生成CO₂氣體與液態(tài)水放出的熱量；
（2）①甲烷與CO₂可用于合成合成氣（主要成分是一氧化碳和氫氣）：CH₄+CO₂═2CO+2H₂，1g CH₄完全反應(yīng)可釋放15.46kJ的熱量，計(jì)算1mol甲烷完全反應(yīng)放出的熱量，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，據(jù)此分析圖象判斷；
②依據(jù)①計(jì)算得到的反應(yīng)的焓變，圖中中是反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)放熱155.8KJ，計(jì)算反應(yīng)的甲烷得到轉(zhuǎn)化率；
（3）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）；△H₁=-890.3kJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
③C（s）+O₂（g）=CO₂（g）；△H₂=-393.5kJ/mol
反應(yīng)C（石墨，s）+2H₂（g）=CH₄（g）可以是②+③-①得到，由此分析解答；
（4）A．CO₂與H₂O反應(yīng)生成CH₄和O₂，為吸熱反應(yīng)；
B．使CO₂分解生成碳與O₂的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，常溫下不能發(fā)生；
C．大氣中的CO₂和海底開采的CH₄合成合成氣（CO、H₂），具有可行性；
D．將固態(tài)碳合成C₆₀，以C₆₀作燃料，產(chǎn)物相同；
（5）①可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，一定滿足正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度、百分含量不再變化，據(jù)此進(jìn)行判斷；
②在恒溫恒容條件下，甲加入1molCO、2molH₂與乙中1molCH₃OH為等效平衡，而丙中加入2molCO、4molH₂，與甲相比，丙增大了壓強(qiáng)，平衡向著正向移動(dòng)，據(jù)此進(jìn)行解答；
③溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)不變，t₃時(shí)刻，正逆反應(yīng)速率都增大，且逆反應(yīng)速率變化大，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，應(yīng)該為升高了溫度；t₆時(shí)刻，正逆反應(yīng)速率都減小，且正反應(yīng)速率變化大，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，據(jù)此進(jìn)行解答．

解答 解：（1）CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3kJ•mol^-1，得到甲烷細(xì)菌使1mol甲烷生成CO₂氣體與液態(tài)水放出的熱量等于890.3kJ•mol^-1，
故答案為：=；
（2）①甲烷與CO₂可用于合成合成氣（主要成分是一氧化碳和氫氣）：CH₄+CO₂═2CO+2H₂，1g CH₄完全反應(yīng)可釋放15.46kJ的熱量，計(jì)算1mol甲烷完全反應(yīng)放出的熱量=15.46KJ×16=247.36KJ，反應(yīng)焓變△H=-247.36KJ/mol，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)物能量高于生成物，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CH_4（g）+CO_2（g）═2CO（g）+2H_2（g），△H=-247.36KJ/mol，符合能量變化的圖象只有D符合，
故答案為：D；  
 ②反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CH_4（g）+CO_2（g）═2CO（g）+2H_2（g），△H=-247.36KJ/mol，圖象可知反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)放出熱量155.80KJ，則反應(yīng)的甲烷物質(zhì)的量=$\frac{155.80KJ}{247.36KJ/mol}$=0.63mol，甲烷轉(zhuǎn)化率為63%，
故答案為：63%；
（3）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）；△H₁=-890.3kJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
③C（s）+O₂（g）=CO₂（g）；△H₂=-393.5kJ/mol
蓋斯定律計(jì)算，②+③-①得到，反應(yīng)C（石墨，s）+2H₂（g）=CH₄（g）△H=-74.8 kJ•mol^-1，
故答案為：-74.8 kJ•mol^-1；
（4）A．甲烷與氧氣的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，可知CO₂與H₂O反應(yīng)生成CH₄和O₂為吸熱反應(yīng)，故A錯(cuò)誤；
B．使CO₂分解生成碳與O₂的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，常溫下不能發(fā)生，故B項(xiàng)不正確；
C．大氣中的CO₂和海底開采的CH₄合成合成氣（CO、H₂），具有可行性，利用優(yōu)質(zhì)催化劑、太陽能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，故C正確；
D．將固態(tài)碳合成C₆₀，以C₆₀作燃料，產(chǎn)物相同，研究方向不可行，故D錯(cuò)誤；
故答案為：C；
（5）①A．v_正（H₂）=2v_逆（CH₃OH），表示的是正逆反應(yīng)速率，且滿足二者計(jì)算量關(guān)系，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．n（CO）：n（H₂）：n（CH₃OH）=1：2：1，物質(zhì)的量之比，無法判斷正逆反應(yīng)速率是否相等，無法判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．混合氣體的密度不變，反應(yīng)前后都是氣體，容器的容積不變，所以氣體的密度始終不變，密度不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故C正確；
D．該反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)，反應(yīng)過程中氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化，混合氣體的平均分子量發(fā)生變化，若混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變，說明達(dá)到了平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)誤；
E．該反應(yīng)是體積縮小的反應(yīng)，氣體的物質(zhì)的量在反應(yīng)中發(fā)生變化，若容器的壓強(qiáng)不變，說明正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到了平衡狀態(tài)，故E錯(cuò)誤；
故答案為：BC；
②A、恒溫恒容條件下，甲加入1molCO、2molH₂與乙中1molCH₃OH為等效平衡，則達(dá)到平衡時(shí)各組分的濃度都相等，所以c₁=c₂，故A正確；
B、由于甲和乙是從不同方向進(jìn)行的反應(yīng)，則甲放出的熱量與乙吸收的熱量不一定相等，故B錯(cuò)誤；
C、由于甲和乙為從不同的方向進(jìn)行的可逆反應(yīng)，兩個(gè)反應(yīng)中溫度相同，則平衡常數(shù)不變，所以K₁=K₂，故C正確；
D、甲和乙為等效平衡，反應(yīng)的方向完全不同，所以a₁=a₂，用于丙中濃度為甲的2倍，相當(dāng)于增大了壓強(qiáng)，丙中反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率大于甲，即a₃＞a₁，所以a₂+a₃＞100%，故D錯(cuò)誤；
故答案為：AC；
③t₃時(shí)刻，正逆反應(yīng)速率都增大，且逆反應(yīng)速率變化大，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，應(yīng)為升高溫度，所以K₄＞K₅；
t₆時(shí)刻，正逆反應(yīng)速率都減小，且正反應(yīng)速率變化大，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)；應(yīng)為降低壓強(qiáng)，所以K₆=K₇；
t₅～t₆正逆速率都增大，平衡不移動(dòng)，應(yīng)是使用催化劑，K不變，所以K₅=K₆，所以K₄＞K₅=K₆=K₇，
根據(jù)t₃時(shí)刻升高了溫度，平衡向著逆向移動(dòng)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率減��；t₄-t₅時(shí)使用催化劑，轉(zhuǎn)化率不變；t₆時(shí)減小了壓強(qiáng)，平衡向著逆向移動(dòng)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率減小，所以t₂～t₃段A的轉(zhuǎn)化率最高，
故答案為：K₄＞K₅=K₆=K₇； t₂～t₃．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式書寫、蓋斯定律計(jì)算、反應(yīng)熱與能源，為高頻考點(diǎn)，把握物質(zhì)的性質(zhì)、反應(yīng)中的能量變化、化學(xué)研究等為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，注意化學(xué)研究方案的可行性分析，題目難度中等．