Question

利用光能和光催化剂，可将CO₂和H₂O（g）转化为CH₄和O₂．紫外光照射时，在不同催化剂（I，II，III）作用下，CH₄产量随光照时间的变化如图所示．
（1）在0-30小时内，CH₄的平均生成速率VⅠ、VⅡ和VⅢ从大到小的顺序为    ；
反应开始后的12小时内，在第    种催化剂的作用下，收集的CH₄最多．
（2）将所得CH₄与H₂O（g）通入聚焦太阳能反应器，发生反应：CH₄（g）+H₂O（g）⇌CO（g）+3H₂（g），该反应的△H=+206kJ•mol^-1
①在答题卡的坐标图中，画出反应过程中体系的能量变化图（进行必要的标注）
②将等物质的量的CH₄和H₂O（g）充入1L恒容密闭容器，某温度下反应达到平衡，平衡常数K=27，此时测得CO的物质的量为0.10mol，求CH₄的平衡转化率（计算结果保留两位有效数字）
（3）已知：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-802kJ•mol^-1
写出由CO₂生成CO的热化学方程式    ．

Answer

（1）相同时间甲烷的物质的量的变化量越大，表明平均速率越大，相同时间甲烷的物质的量的变化量越小，平均反应速率越小．由图2可知反应开始后的12小时内，在第Ⅱ种催化剂的作用下，收集的CH4最多；
（2）①CH4（g）+H2O（g）⇌CO（g）+3H2（g），该反应的△H=+206kJ•mol-1，反应是吸热反应，反应物能量低于生成物能量；依据能量变化画出图象；
②依据合成平衡三段式列式计算得到转化率；
（3）依据盖斯定律和热化学方程式计算得到；
【解析】
（1）由图2可知，在0～30h内，甲烷的物质的量变化量为△n（Ⅰ）＜△n（Ⅱ）＜△n（Ⅲ），故在0～30h内，CH4的平均生成速率v（Ⅲ）＞v（Ⅱ）＞v（Ⅰ）；
由图2可知反应开始后的12小时内，在第Ⅱ种催化剂的作用下，收集的CH4最多；
故答案为：VⅢ＞VⅡ＞VⅠ；Ⅱ．
（2）①CH4（g）+H2O（g）⇌CO（g）+3H2（g），该反应的△H=+206kJ•mol-1，反应是吸热反应，反应过程中体系的能量变化图为：；
故答案为：
②将等物质的量的CH4和H2O（g）充入1L恒容密闭容器，某温度下反应达到平衡，平衡常数K=27，此时测得CO的物质的量为0.10mol，根据平衡的三步计算可求CH4的平衡转化率：
               CH4（g）+H2O（g）⇌CO（g）+3H2（g）
起始量（mol）   x        x         0      0
变化量（mol）   0.10     0.10     0.10   0.30
平衡量（mol）  x-0.10  x-0.10     0.10   0.30
K===27
计算得到x=0.11mol
甲烷的转化率=×100%=91%
故答案为：91%
（3）①CH4（g）+H2O（g）⇌CO（g）+3H2（g），△H=+206kJ•mol-1
②CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（g）△H=-802kJ•mol-1
依据盖斯定律①-②得到：CO2（g）+3H2O（g）═2O2（g）+CO（g）+3H2（g）△H=+1008 kJ•mol-1
故答案为：CO2（g）+3H2O（g）═2O2（g）+CO（g）+3H2（g）△H=+1008 kJ•mol-1