Question

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，在不同催化劑(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下，CH₄產(chǎn)量隨光照時間的變化如下圖所示。

(1)在0～30小時內(nèi)，CH₄的平均生成速率v_Ⅰ、v_Ⅱ、v_Ⅲ從大到小的順序為________________；反應(yīng)開始后的12小時內(nèi)，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(yīng)器，發(fā)生反應(yīng)：CH₄(g)＋H₂O(g)CO(g)＋3H₂(g)。該反應(yīng)ΔH＝206 kJ·mol^－1。

①在下列坐標(biāo)圖中，畫出反應(yīng)過程中體系能量變化圖(進行必要標(biāo)注)。

②將等物質(zhì)的量的CH₄和H₂O(g)充入1 L恒容密閉反應(yīng)器，某溫度下反應(yīng)達平衡，平衡常數(shù)K＝27，此時測得CO的物質(zhì)的量為0.10 mol，則CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率為________(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)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(xué)方程式：______________________________________。

Answer 1

答案　(1)v_Ⅲ>v_Ⅱ>v_Ⅰ�、�

(2)①�、�91%(或0.91)

(3)CO₂(g)＋3H₂O(g)CO(g)＋2O₂(g)＋3H₂(g)　ΔH＝1 008 kJ·mol^－1

解析　(1)由圖知在30小時內(nèi)CH₄的產(chǎn)量Ⅲ最多、Ⅰ最少，故平均生成速率v_Ⅲ>v_Ⅱ>v_Ⅰ，反應(yīng)開始后的12小時內(nèi)在第Ⅱ種催化劑作用下收集的CH₄最多。

(2)②設(shè)CH₄、H₂O的物質(zhì)的量濃度均為a，轉(zhuǎn)化率為x。

　　　CH₄(g)＋H₂O(g)CO(g)＋3H₂(g)

初始濃度  a  a  0  0

轉(zhuǎn)化濃度  ax  ax  ax  3ax

平衡濃度  a－ax  a－ax  ax  3ax

則K＝＝27　又有ax＝0.1 mol·L^－1

得a＝0.11 mol·L^－1，x≈91%(或0.91)。

(3)由蓋斯定律得

CO₂(g)＋3H₂O(g)CO(g)＋2O₂(g)＋3H₂(g)

ΔH＝1 008 kJ·mol^－1。