2021年中国科学技术大学物理化学系曾杰教授及其团队首次实现甲烷在温和条件下高选择性氧化为甲醇。请回答下列问题:
(1)常温下,甲烷和甲醇的燃烧热分别为890.3kJ•mol-1和726.5kJ•mol-1,1mol甲醇气化需要吸收82.0kJ的热量,则CH4在Cu催化作用下被氧气氧化为气态甲醇的热化学方程式为 2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g) ΔH=-163.6kJ/mol2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g) ΔH=-163.6kJ/mol。
(2)在Cu催化作用下,甲烷氧化合成甲醇的总反应分两步进行;
第一步为 2CH4+Cu=*CuH2+2-CH32CH4+Cu=*CuH2+2-CH3(写化学方程式);
第二步为CuH2+2-CH3+O2═Cu+2CH3OH。
第二步反应几乎不影响总反应达到平衡所用的时间,由此推知,第二步反应活化能 小于小于(填“大于”、“小于”或“等于”)第一步反应活化能。
(3)一定温度下,恒容密闭容器中,CH4和O2按物质的量2:1混合合成气态甲醇。下列事实能说明该反应达到平衡状态的是 DD(填选项字母)。
A.CH4和O2的转化率之比不再改变
B.平衡常数不再改变
C.气体密度不再改变D.甲烷的体积分数不再改变
(4)将等物质的量的CH4和O2的混合气体充入密闭容器中,体系中的CH4平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图所示。

①压强的大小关系为 P1<P2<P3P1<P2<P3(用P1、P2、P3表示);
②a(CH4)值随温度升高而减小,其原因是; ΔH<0,升高温度平衡逆向移动,甲烷的转化率减小ΔH<0,升高温度平衡逆向移动,甲烷的转化率减小;
③a、b、c三点的平衡常数大小关系为 Ka>Kb=KcKa>Kb=Kc(用Ka、Kb、Kc表示)。
【答案】2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g) ΔH=-163.6kJ/mol;2CH4+Cu=*CuH2+2-CH3;小于;D;P1<P2<P3;ΔH<0,升高温度平衡逆向移动,甲烷的转化率减小;Ka>Kb=Kc
【解答】
【点评】
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(1)图1的四个过程中能量转化形式有
A.2种 B.3种 C.4种 D.4种以上
(2)电解过程要消耗大量的电能,而使用微生物作催化剂在阳光下也能分解水.
2H2O(1)2H2(g)+O2(g)△H 1 2H2O(1)通电2H2(g)+O2(g)△H2光照催化剂
以上反应的△H1
(3)已知H2O(l)→H2O(g)△H=+44kJ.mol-1,依据图2能量变化写出氢气燃烧生产液态水的热化学方程式
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