Question

【題目】甲烷、甲醇都是清潔能源。

（1）已知下列熱化學(xué)方程式

①CO2(g)+3H2(g)=CH3OH（g） +H2O (g)△H= -49.0 kJ/mol

②CH4(g)+2O2(g)=2H2O(g) +CO2(g) △H= -802.3 kJ/mol

③2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H=-571.6 kJ/mol

④H2O(g)=H2O(l) △H= -44.0 kJ-mol

則CH4(g)+1/2O2(g)=CH3OH(g) △H =____________。

（2）工業(yè)上合成甲醇的另一種方法是2H2(g)+CO(g) CH3OH(g) △H。

一定溫度下在3個體積均為1.0 L的恒容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，相關(guān)物理量見下表：

容器	溫度/K	物質(zhì)的起始濃度/molL-1			物質(zhì)的平衡濃度/mol.L-1
		c(H2)	c(CO)	c(CH3OH)	c(CH3OH)
I	400	0.20	0.10	0	0.080
II	400	0.40	0.20	0
III	500	0	0	0.10	0.025

①該反應(yīng)的△H______0(填“>”或“<”)。

②達(dá)到平衡時，容器I中c(CH3OH)_____0.16mol/L(填“>” “<” 或“=”)。

③400 K 時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=________。

(3)文獻(xiàn)報道某課題組利用CO2催化缺化制甲烷的研究過程如下:

反應(yīng)結(jié)束后，氣體中檢測到CH4和H2，濾液中檢測到HCOOH，固體中檢測到鎳粉和Fe3O4。CH4、HCOOH、H2 的產(chǎn)量和鎳粉用量的關(guān)系如下圖所示(儀改變鎳粉用量，其他條件不變)。研究人員根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論:HCOOH 是CO2轉(zhuǎn)化為CH4 的中間體，即:

①寫出產(chǎn)生H2的反應(yīng)方程式_________。

②由圖可知，鎳粉是_______(填字母)。

a.反應(yīng)I的催化劑 b.反應(yīng)II 的催化劑

c.反應(yīng)I和II的催化劑 d.不是催化劑

③當(dāng)鎳粉用量從1mmol增加到10mmol，反應(yīng)速率的變化情況是______(填字母)。

a.反應(yīng)1的速率增加，反應(yīng)II的速率不變

b.反應(yīng)I的速率不變，反應(yīng)II的速率增加

c.反應(yīng)I、II的速率均不變

d.反應(yīng)I、II的速率均增加，且反應(yīng)I的速率增加得快

e.反應(yīng)I、II的速率均增加，且反應(yīng)II 的速率增加得快

f.反應(yīng)I的速率減小，反應(yīng)II的速率增加

Answer 1

【答案】 -125.9kJ/mol < > 2.5×103(L/mol)2 3Fe+4H2O Fe3O4+4H2 c e

【解析】（1）考查熱化學(xué)反應(yīng)方程式的計算，①＋②－③×3/2＋④×3得出：CH4（g）＋1/2O2（g）=CH3OH(g) △H=－125.9kJ·mol－1；（2）考查勒夏特列原理、化學(xué)平衡的計算，①對比I和III，升高溫度，甲醇的物質(zhì)的量濃度降低，根據(jù)勒夏特列原理，正反應(yīng)方向是放熱反應(yīng)，即△H<0；②II在I的基礎(chǔ)上再通入0.2mol·L－1H2和0.1mol·L－1CO，相當(dāng)于在I的基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動，即c(CH3OH)>0.16mol·L－1；③

2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)

起始：0.2 0.1 0

變化：0.16 0.08 0.08

平衡：0.04 0.02 0.08，K=2500；（3）考查影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素，①根據(jù)信息得到氫氣和Fe3O4，顯然是鐵在高溫下與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)得到氫氣，即化學(xué)反應(yīng)方程式為3Fe+4H2O Fe3O4+4H2；②根據(jù)信息，反應(yīng)前后均有鎳粉，從圖像上看，隨著鎳粉的用量不同，曲線的走勢不同，即反應(yīng)的快慢不同，滿足催化劑的條件，故選項(xiàng)c正確；③從圖像上分析，當(dāng)鎳粉用量從1nmol增加到10nmol，H2和HCOOH的量均快速減少，即反應(yīng)速率增大，由于甲酸的量變化較快，則說明反應(yīng)速率II較快，故選項(xiàng)e正確。