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，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。為探究反應原理，進行如下實驗，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：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從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v(H2)＝ mol/(L·min)；

②氫氣的轉(zhuǎn)化率＝ ；

③求此溫度下該反應的平衡常數(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當反應達到平衡時，H2的物質(zhì)的量濃度為c1，然后向容器中再加入一定量H2，待反應再一次達到平衡后，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現(xiàn)這一目標。如圖所示甲烷燃料電池就是將電極表面鍍一層細小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強，性質(zhì)穩(wěn)定。將其插入KOH溶液，從而達到吸收CO2的目的。

①通入氧氣一極的電極反應式為 ；

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��；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）由圖象可知有反應開始到平衡平均反應速率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，升高溫度平衡逆向移動，n(CH3OH)／n(CO2)減�。怀淙際e(g)，使體系壓強增大平衡不移動，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當反應達到平衡時，H2的物質(zhì)的量濃度為c1，然后向容器中再加入一定量H2，待反應再一次達到平衡后，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：化學反應能量、化學平衡、電化學等反應原理考查。