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。請回答：

(1)已知一定條件下發(fā)生如下反應：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，CH4(g)的產(chǎn)量(n)與光照時間(t)和溫度(T)變化的關系如圖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)化為氣體時吸收的熱量)

②T1℃、催化劑M作用下，0--20h內(nèi)該反應速率v(H2O)=_______。

③根據(jù)圖1判斷，催化劑的催化效果：M________N(填“強于”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)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。相同時間段內(nèi)測得CO的體積分數(shù)()與溫度(T)的關系如圖2所示。

①T0℃時，CO的體積分數(shù)最大的原因為__________。

②若T0℃時，容器內(nèi)起始壓強為p0，CO的平衡體積分數(shù)為10%，則反應的平衡常數(shù)Kp=____(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù))。

Answer 1

【答案】 弱于 低于T0 ℃時，相同時間段內(nèi)溫度越高反應速率越快，CO的體積分數(shù)越大；高于T0 ℃時，反應達到平衡，該反應為放熱反應，溫度越高CO的體積分數(shù)越小

【解析】

（1）①已知： ，

甲烷的燃燒熱為，則甲烷燃燒的熱化學方程式可表示為，根據(jù)蓋斯定律，（①+②）可得，據(jù)此計算出△H即可；

②根據(jù)圖象可知，T1℃、催化劑M作用下，0～20h內(nèi)甲烷的物質(zhì)的量變化為0.6mol，結(jié)合v=計算出甲烷的反應速率，然后結(jié)合反應速率與化學計量數(shù)成正比計算；③催化劑不影響平衡，催化劑的催化效果越強，達到平衡的時間越短；

（2）①沒有達到平衡狀態(tài)時，溫度越高反應速率越快，當達到平衡狀態(tài)后，升高溫度平衡向著逆向移動，據(jù)此分析；

②CH4（g）和H2O（g）的物質(zhì)的量之比為1：3，設CH4為xmol，H2O為3xmol，平衡時生成的CO為ymol，列式計算即可。

（1）①已知：，甲烷的燃燒熱為，則甲烷燃燒的熱化學方程式可表示為，根據(jù)蓋斯定律，（①+②）可得：；

故答案為：；

②根據(jù)圖象可知，T1℃、催化劑M作用下，0～20h內(nèi)水的物質(zhì)的量變化為0.6mol，則，所以；

故答案為：；

③催化劑不影響平衡，催化劑的催化效果越強，達到平衡的時間越短，由圖像可知M<N,故答案為：弱于；

（2）①在溫度低于T0℃時，相同時間段內(nèi)溫度越高反應速率越快，則CO的體積分數(shù)越大；在溫度為T0℃時，反應達到平衡，由于該反應為放熱反應，溫度越高CO的體積分數(shù)越小，所以T0℃時CO的體積分數(shù)最大；

故答案為：低于T0℃時，相同時間段內(nèi)溫度越高反應速率越快，CO的體積分數(shù)越大；高于T0℃時，反應達到平衡，該反應為放熱反應，溫度越高CO的體積分數(shù)越��；

②和的物質(zhì)的量之比為1：3，設為xmol，為3xmol，平衡時生成的CO為ymol，CO的平衡體積分數(shù)為10%

初始（mol） x 3x 0 0

轉(zhuǎn)化 y y y 3y

平衡 x-y 3x-y y 3y

則：，解得：y=0.5x，平衡時混合氣體的總物質(zhì)的量為：，反應前總物質(zhì)的量為4xmol，T0℃時，容器內(nèi)起始壓強為p0，則平衡時壓強為：；；；反應的平衡常數(shù)Kb==；

故答案為：。