Question

全球氣候變暖已經(jīng)成為全世界人類面臨的重大問題，溫家寶總理在“哥本哈根會(huì)議”上承諾到2020年中國(guó)減排溫室氣體40%．
（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）：
?①H₂O（l）=2H⁺（aq）+

1

2

O₂（g）+2e-△H=+284kJ/mol
?②CO₂（g）+C₅（s）+2H⁺（aq）=2C₃⁺（s）△H=+396kJ/mol
?③12C₃⁺（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）降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用CO₂，目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇：為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如
下實(shí)驗(yàn)，在體積為1L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(cè)得CO₂（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖1所示．
①?gòu)姆磻?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該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=

 

（保留小數(shù)點(diǎn)后2位）；
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(shí)，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2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．請(qǐng)回答：
①通入甲烷一極的電極反應(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”）．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

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)蓋斯定律和熱化學(xué)方程式計(jì)算得到所需的熱化學(xué)方程式，利用熱化學(xué)方程式的加減消去不需要的物質(zhì)，注意加減時(shí)焓變隨之變化；
（2）①根據(jù)v=

△c

△t

計(jì)算；
②根據(jù)氫氣的平衡濃度判斷轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量，進(jìn)而可計(jì)算轉(zhuǎn)化率；
③根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積計(jì)算；
④要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
⑤恒容密閉容器、反應(yīng)后整個(gè)體系的壓強(qiáng)比之前來說減小了，加入氫氣雖然正向移動(dòng)，但是CO₂（g）濃度較小、CH₃OH（g） 濃度增大、H₂O（g）濃度增大，且平衡常數(shù)不變．
（3）①甲烷燃料電池中，負(fù)極上投放燃料甲烷，發(fā)生失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上投放氧氣，發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，總反應(yīng)是燃料和氧氣反應(yīng)的化學(xué)方程式；
②根據(jù)電池的總反應(yīng)確定酸堿性的變化，根據(jù)能量轉(zhuǎn)化情況來回答．

解答： 解：（1）依據(jù)蓋斯定律由題干所給的熱化學(xué)方程式，結(jié)合蓋斯定律計(jì)算（①+②）×6+③得到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，
6CO₂（g）+6H₂O（g）=C₆H₁₂O₆（葡萄糖、s）+6O₂（g）△H=[（+284KJ/mol）+（+396KJ/mol）]×6+（-1200KJ/mol）=+2880KJ/mol；
則△H=[（+284KJ/mol）+（+396KJ/mol）]×6+（-1200KJ/mol）=+2880KJ/mol，即6CO₂（g）+6H₂O（l）=C₆H₁₂O₆（s）+6O₂（g）△H=+2880 kJ?mol^-1，故答案為：6CO₂（g）+6H₂O（l）=C₆H₁₂O₆（s）+6O₂（g）△H=+2880 kJ?mol^-1；
（2）①利用三段式解題法計(jì)算   
                CO₂（g）+3H₂（g） CH₃OH（g）+H₂O（g），
開始（mol/L）：1        3                0           0
變化（mol/L）：0.75     2.25             0.75       0.75 
平衡（mol/L）：0.25    0.75              0.75       0.75
從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=

2.25mol/L

10min

=0.225 mol?L^-1?min^-1，
故答案為：0.225；
②氫氣的轉(zhuǎn)化率=

2.25

3

×100%=75%，
故答案為：75%；
③平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，則K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

=

0.75×0.75

0.25×0.753

=5.33，
故答案為：5.33；
④要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，
A．因正反應(yīng)放熱，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則比值減小，故A錯(cuò)誤；
B．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大，但對(duì)反應(yīng)物質(zhì)來說，濃度沒有變化，平衡不移動(dòng)，比值不變，故D錯(cuò)誤．故B錯(cuò)誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)方法移動(dòng)，比值增大，故C正確；
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，增大反應(yīng)物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則比值增大，故D正確．
故答案為：CD；
⑤若是恒容密閉容器、反應(yīng)后整個(gè)體系的壓強(qiáng)比之前來說減小了，加入氫氣雖然正向移動(dòng)，平衡移動(dòng)的結(jié)果是減弱這種改變，而不能消除這種改變，即雖然平衡正向移動(dòng)，氫氣的物質(zhì)的量在增加后的基礎(chǔ)上減小，但是CO₂（g）濃度較小、CH₃OH（g） 濃度增大、H₂O（g）濃度增大，且平衡常數(shù)不變達(dá)到平衡時(shí)H₂的物質(zhì)的量濃度與加氫氣之前相比一定增大，故c₁＜c₂，故答案為：＜．
（3）①在堿性溶液中，負(fù)極上投放燃料甲烷，發(fā)生失電子發(fā)生氧化反應(yīng)：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
②燃料電池的總反應(yīng)是：CH₄+2O₂+2KOH═K₂CO₃+3H₂O，消耗氫氧根離子，所以堿性減弱，pH減小，甲烷燃燒時(shí)要放出熱量、光能，所以燃料電池中甲烷的利用率比甲烷燃燒的能量利用率高，
故答案為：減��；大于．

點(diǎn)評(píng)：本題考查較為綜合，涉及熱化學(xué)、電化學(xué)以及化學(xué)平衡計(jì)算以及平衡移動(dòng)等問題，題目難度較大，注意根據(jù)圖象計(jì)算各物質(zhì)的平衡濃度為解答該題的關(guān)鍵．