Question

【題目】CH4、H2、C都是優質的能源物質，它們燃燒的熱化學方程式為：
①CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣890.3kJmol﹣1
②2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H=﹣571.6kJmol﹣1
③C（s）+O2（g）═CO2（g）△H=﹣393.5kJmol﹣1
（1）在深海中存在一種甲烷細菌，它們依靠酶使甲烷與O2作用產生的能量存活，甲烷細菌使1mol甲烷生成CO2氣體與液態水，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完全反應可釋放15.46kJ的熱量，則：
①能表示該反應過程中能量變化的是（圖1）（填字母）．

②若將物質的量均為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間的變化如圖2所示，則CH4的轉化率為 ．

（3）C（s）與H2（g）不反應，所以C（s）+2H2（g）═CH4（g）的反應熱無法直接測量，但通過上述反應可求出C（s）+2H2（g）═CH4（g）的反應熱△H= ．
（4）目前對于上述三種物質的研究是燃料研究的重點，下列關于上述三種物質的研究方向中可行的是（填字母）．
A.尋找優質催化劑，使CO2與H2O反應生成CH4與O2 ， 并放出熱量
B.尋找優質催化劑，在常溫常壓下使CO2分解生成碳與O2
C.尋找優質催化劑，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.將固態碳合成為C60 ， 以C60作為燃料
（5）工業上合成甲醇的反應：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H=﹣90.8kJmol﹣1 ， 若在溫度相同、容積均為2L的3個容器中，按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時如表：

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

①下列不能說明該反應在恒溫恒容條件下已達化學平衡狀態的是 ．
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分子質量不變 E．容器的壓強不變
②下列說法正確的是 ．
A．c1=c2 B．Q1=Q2 C．K1=K2 D．α2+α3＜100%
③如圖表示該反應的反應速率v和時間t的關系圖（圖3）：

各階段的平衡常數如表所示：

t2～t3	t4～t5	t5～t6	t7～t8
K4	K5	K6	K7

K4、K5、K6、K7之間的關系為（填“＞”、“＜”或“=”）．反應物的轉化率最大的一段時間是 ．

Answer 1

【答案】
（1）=
（2）D,63%
（3）﹣74.8kJ?mol﹣1
（4）C
（5）BC,AC,K4＞K5=K6=K7,t2～t3
【解析】解：（1）CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣890.3kJmol﹣1，得到甲烷細菌使1mol甲烷生成CO2氣體與液態水放出的熱量等于890.3kJmol﹣1，

所以答案是：=；（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完全反應可釋放15.46kJ的熱量，計算1mol甲烷完全反應放出的熱量=15.46KJ×16=247.36KJ，反應焓變△H=﹣247.36KJ/mol，反應為放熱反應，反應物能量高于生成物，反應的熱化學方程式為：CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g），△H=﹣247.36KJ/mol，符合能量變化的圖象只有D符合，

所以答案是：D；

②反應的熱化學方程式為：CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g），△H=﹣247.36KJ/mol，圖象可知反應達到平衡狀態放出熱量155.80KJ，則反應的甲烷物質的量= =0.63mol，甲烷轉化率為63%，

所以答案是：63%；（3）已知：①CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）；△H1=﹣890.3kJ/mol；

②2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H=﹣571.6kJmol﹣1

③C（s）+O2（g）=CO2（g）；△H2=﹣393.5kJ/mol

蓋斯定律計算，②+③﹣①得到，反應C（石墨，s）+2H2（g）=CH4（g）△H=﹣74.8 kJmol﹣1，

所以答案是：﹣74.8 kJmol﹣1；（4）A．甲烷與氧氣的反應為放熱反應，可知CO2與H2O反應生成CH4和O2為吸熱反應，故A錯誤；

B．使CO2分解生成碳與O2的反應為吸熱反應，常溫下不能發生，故B項不正確；

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，利用優質催化劑、太陽能實現轉化，故C正確；

D．將固態碳合成C60，以C60作燃料，產物相同，研究方向不可行，故D錯誤；

所以答案是：C；（5）①A．v正（H2）=2v逆（CH3OH），表示的是正逆反應速率，且滿足二者計算量關系，說明反應達到平衡狀態，故A錯誤；

B．n（CO）：n（H2）：n（CH3OH）=1：2：1，物質的量之比，無法判斷正逆反應速率是否相等，無法判斷是否達到平衡狀態，故B正確；

C．混合氣體的密度不變，反應前后都是氣體，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的依據，故C正確；

D．該反應是氣體體積縮小的反應，反應過程中氣體的物質的量發生變化，混合氣體的平均分子量發生變化，若混合氣體的平均相對分子質量不變，說明達到了平衡狀態，故D錯誤；

E．該反應是體積縮小的反應，氣體的物質的量在反應中發生變化，若容器的壓強不變，說明正逆反應速率相等，達到了平衡狀態，故E錯誤；

所以答案是：BC；

②A、恒溫恒容條件下，甲加入1molCO、2molH2與乙中1molCH3OH為等效平衡，則達到平衡時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行的反應，則甲放出的熱量與乙吸收的熱量不一定相等，故B錯誤；

C、由于甲和乙為從不同的方向進行的可逆反應，兩個反應中溫度相同，則平衡常數不變，所以K1=K2，故C正確；

D、甲和乙為等效平衡，反應的方向完全不同，所以a1=a2，用于丙中濃度為甲的2倍，相當于增大了壓強，丙中反應物轉化率大于甲，即a3＞a1，所以a2+a3＞100%，故D錯誤；

所以答案是：AC；

③t3時刻，正逆反應速率都增大，且逆反應速率變化大，平衡向逆反應移動，應為升高溫度，所以K4＞K5；

t6時刻，正逆反應速率都減小，且正反應速率變化大，平衡向逆反應移動；應為降低壓強，所以K6=K7；

t5～t6正逆速率都增大，平衡不移動，應是使用催化劑，K不變，所以K5=K6，所以K4＞K5=K6=K7，

根據t3時刻升高了溫度，平衡向著逆向移動，反應物轉化率減��；t4﹣t5時使用催化劑，轉化率不變；t6時減小了壓強，平衡向著逆向移動，反應物轉化率減小，所以t2～t3段A的轉化率最高，

所以答案是：K4＞K5=K6=K7； t2～t3．

【考點精析】根據題目的已知條件，利用反應熱和焓變和化學平衡狀態本質及特征的相關知識可以得到問題的答案，需要掌握在化學反應中放出或吸收的熱量，通常叫反應熱；化學平衡狀態的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動”即是動態平衡，平衡時反應仍在進行；“定”即反應混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學平衡；與途徑無關，外界條件不變，可逆反應無論是從正反應開始，還是從逆反應開始，都可建立同一平衡狀態（等效）．