Question

全球氣候變暖已經(jīng)成為全世界人類面臨的重大問題。

（1）地球上的能源主要源于太陽，綠色植物的光合作用可以大量吸收CO2以減緩溫室效應(yīng)，主要過程可以描述分為下列三步（用“C5”表示C5H10O4，用“C3”表示C3H6O3）：

Ⅰ：H2O(l)＝2H＋(aq)＋1/2O2(g)＋2e－ △H＝＋284kJ/mol

Ⅱ：CO2(g)＋C5(s)＋2H＋(aq)＝2C3＋(s) △H＝＋396kJ/mol

Ⅲ：12C3＋(s)＋12e－＝C6H12O6(葡萄糖、s)＋6C5(s)＋3O2(g) △H＝－1200kJ/mol

寫出綠色植物利用水和二氧化碳合成葡萄糖并放出氧氣的熱化學(xué)方程式

（2）工業(yè)上有一種方法有效地開發(fā)利用CO2，是用CO2來生產(chǎn)燃料甲醇。為探究反應(yīng)原理，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，在體積為1 L的恒容密閉容器中，充入1molCO2和3molH2，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)△H＝－49.0kJ/mol。測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如下圖所示。

①從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v(H2)＝ mol/(L·min)；

②氫氣的轉(zhuǎn)化率＝ ；

③求此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K= ；

④下列措施中能使平衡體系中n(CH3OH)／n(CO2)增大的是 。

A．升高溫度 B．充入He(g)，使體系壓強(qiáng)增大

C．將H2O(g)從體系中分離出去 D．再充入1mol CO2和3mol H2

⑤當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時，H2的物質(zhì)的量濃度為c1，然后向容器中再加入一定量H2，待反應(yīng)再一次達(dá)到平衡后，H2的物質(zhì)的量濃度為c2。則c1 c2的關(guān)系（填＞、＜、＝）。

（3）減少溫室氣體排放的關(guān)鍵是節(jié)能減排，大力開發(fā)利用燃料電池就可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。如圖所示甲烷燃料電池就是將電極表面鍍一層細(xì)小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強(qiáng)，性質(zhì)穩(wěn)定。將其插入KOH溶液，從而達(dá)到吸收CO2的目的。

①通入氧氣一極的電極反應(yīng)式為 ；

②隨著電池不斷放電，電解質(zhì)溶液的pH （填“增大”、“減小”或“不變”）。

③通常情況下，甲烷燃料電池的能量利用率 （填大于、小于或等于）甲烷燃燒的能量利用率。

Answer 1

（1）6CO2(g)+6H2O(l)=C6H12O6(葡萄糖、s)+6O2(g) △H=+2880kJ·mol-1

（2）①0.225；②75%；③5.33 （L2/mol2）；④CD；⑤＜；

（3）①O2＋2H2O＋4e－=4OH－；②減小；③大于

【解析】

試題分析：（1）由蓋斯定律可知：6CO2(g)+6H2O(l)=C6H12O6(葡萄糖、s)+6O2(g) △H=6×(+396 kJ/mol)+6×(+284 kJ/mol)+（-1200 kJ/mol）=+2880kJ·mol-1；（2）由圖象可知有反應(yīng)開始到平衡平均反應(yīng)速率v(CO2)=0.75mol/L÷10min=0.075mol·L－1·min－1，故①v(H2)=3 v(CO2)= 0.225 mol·L－1·min－1；②氫氣的轉(zhuǎn)化率＝3×0.75mol÷3mol×100%=75%，③求此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K==5.33（L2/mol2）；④1L恒容容器中CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)△H＝－49.0kJ/mol反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動，n(CH3OH)／n(CO2)減小；充入He(g)，使體系壓強(qiáng)增大平衡不移動，故n(CH3OH)／n(CO2)不變；將H2O(g)從體系中分離出去，則平衡向正向移動，故n(CH3OH)／n(CO2)增大；再充入1mol CO2和3mol H2相當(dāng)于兩個等效的平衡體系合，合并瞬間n(CH3OH)／n(CO2)不變，平衡正向移動則n(CH3OH)／n(CO2)增大；故選CD。⑤當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時，H2的物質(zhì)的量濃度為c1，然后向容器中再加入一定量H2，待反應(yīng)再一次達(dá)到平衡后，H2的物質(zhì)的量濃度為c2，根據(jù)勒夏特列原理可知c1＜c2。（3）由圖象可知，該電池為甲烷燃料電池，通甲烷的一方為負(fù)極：CH4-8e—+10OH—= CO32—+7H2O，通氧氣的一方為正極：2O2＋4H2O＋8e－=8OH－，隨著電池不斷放電，電解質(zhì)溶液的pH減小，通常情況下，甲烷燃燒會有一部分能量以光能形式釋放，則甲烷燃料電池的能量利用率大于甲烷燃燒的能量利用率。

考點(diǎn)：化學(xué)反應(yīng)能量、化學(xué)平衡、電化學(xué)等反應(yīng)原理考查。