Question

【題目】甲烷是一種重要的化工原料和清潔能源，研究其再生及合理利用有重要意義。

請(qǐng)回答：

（1）已知一定條件下發(fā)生如下反應(yīng)：CO2(g)+2H2O(g)CH4(g)+2O2(g) △H=+802kJ·mol－1。將一定量的CO2(g)和H2O(g)充入10L密閉容器中，分別在催化劑M、N的作用下發(fā)生上述反應(yīng)，CH4(g)的產(chǎn)量(n)與光照時(shí)間(t)和溫度(T)變化的關(guān)系如圖1所示。

①若甲烷的燃燒熱(△H)為－890kJ·mol－1，則水的汽化熱△H=___________。(汽化熱指1mol液體轉(zhuǎn)化為氣體時(shí)吸收的熱量)

②T1℃、催化劑M作用下，0~20h內(nèi)該反應(yīng)速率v(H2O)=___________，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=___________

③根據(jù)圖1判斷，T1___________T2(填“＞”“＜”或“=”)，理由為___________。

催化劑的催化效果：M___________N(填“強(qiáng)于”或“弱于”)。

（2）甲烷可用于制備合成氣：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H。將CH4(g)和H2O(g)以物質(zhì)的量之比為1：3充入盛有催化劑的剛性容器中發(fā)生該反應(yīng)。相同時(shí)間段內(nèi)測(cè)得CO的體積分?jǐn)?shù)()與溫度(T)的關(guān)系如圖2所示。T0℃時(shí)，CO的體積分?jǐn)?shù)最大的原因?yàn)?/span>_________________________________。該反應(yīng)的△H_______0(填“＞”“＜”)

Answer 1

【答案】+44 kJmol﹣1 0.006 molL﹣1h﹣1 K= > 該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度升高，CH4的產(chǎn)量增大 弱于 低于T0 ℃時(shí)，相同時(shí)間段內(nèi)溫度越高反應(yīng)速率越快，CO的體積分?jǐn)?shù)越大；高于T0 ℃時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高CO的體積分?jǐn)?shù)越小 (答案合理給分) ＜

【解析】

（1）①若甲烷的燃燒熱(△H)為-890kJ·mol-1，則CH4(g)+O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH= - 890kJ/mol；

②v(H2O)=；平衡常數(shù)是生成物濃度系數(shù)次方的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次方乘積的比；

③催化劑對(duì)平衡移動(dòng)無影響，正反應(yīng)吸熱，升高溫度平衡正向移動(dòng)，甲烷的物質(zhì)的量增大；

催化劑影響反應(yīng)速率；

（2）溫度越高，反應(yīng)速率越快，CO的體積分?jǐn)?shù)增大；T0℃后，溫度升高CO的體積分?jǐn)?shù)減小，說明平衡逆向移動(dòng)。

（1）①若甲烷的燃燒熱(△H)為-890kJ·mol-1，則CH4(g)+O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH= -890kJ/mol；②CO2(g)+2H2O(g)CH4(g)+2O2(g) △H= +802kJ·mol-1。根據(jù)蓋斯定律 ①＋②得2H2O(g)=2H2O(l) ΔH= -88kJ/mol，水的汽化熱△H= +44 kJmol-1；

②T1℃、催化劑M作用下，0~20h內(nèi)生成甲烷0.6mol，則消耗水1.2mol，該反應(yīng)速率v(H2O)= ==0.006 molL-1h-1，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=；

③催化劑對(duì)平衡移動(dòng)無影響，正反應(yīng)吸熱，升高溫度平衡正向移動(dòng)，甲烷的物質(zhì)的量增大，平衡時(shí)甲烷的物質(zhì)的量M大于N，所以T1＞T2；T1＞T2，但M的速率小于N，所以催化劑的催化效果：M弱于N；

(2). 低于T0 ℃時(shí)，相同時(shí)間段內(nèi)溫度越高反應(yīng)速率越快，CO的體積分?jǐn)?shù)越大；高于T0 ℃時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡，溫度越高CO的體積分?jǐn)?shù)越小，所以T0℃時(shí)，CO的體積分?jǐn)?shù)最大；溫度越高CO的體積分?jǐn)?shù)越小，說明正反應(yīng)放熱，△H＜0。