Question

【題目】（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）+ O2（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）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)進行如下實驗，在體積為1L的恒容密閉容器中，充入1mol CO2和3mol H2，一定條件下發(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圖1所示

①一定溫度下，不能說明該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是：_________（填序號）

a.體系的壓強不再改變

b.體系的密度不再改變

c.各氣體的濃度不再改變

d.各氣體的質(zhì)量分數(shù)不再改變

e.反應(yīng)速率v(CO2)正∶v(H2)逆=1∶3

②從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H2）=________mol/（Lmin）；

③氫氣的轉(zhuǎn)化率=____________；

④該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=_________保留三位有效數(shù)字）；

⑤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

⑥當反應(yīng)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(yīng)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2所示甲烷燃料電池（在上面）．請回答：

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”）．

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．

④用該燃料電池以石墨電極電解2.0L 0.25 mol·L-1 CuSO4溶液，5min后在一個電極上有6.4gCu析出。則陽極的電極反應(yīng)式為____________________； 此時得到的O2在標準狀況下的體積為______L;向電解后的溶液中加入下列哪種物質(zhì)可使電解質(zhì)溶液恢復原來的濃度：____________

A. CuSO4 B.H2O C.CuO D.CuCO3

Answer 1

【答案】6CO2（g）+6H2O（l）=C6H12O6（s）+6O2（g）△H=+2880 kJmol﹣1b0.22575%K=5.33(mol/L)-2CD＜CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O減小大于4OH-－4e-=2H2O+O2↑或2H2O-4e-==O2↑+4H+1.12CD

【解析】

(1)依據(jù)蓋斯定律由題干所給的熱化學方程式，結(jié)合蓋斯定律計算(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 kJmol-1；(2)①a．反應(yīng)體系氣體反應(yīng)物與生成物的系數(shù)和不等，則恒容條件下壓強不再改變，可說明是平衡狀態(tài)，故a正確；b．氣體的總質(zhì)量和體積始終不變，體系的密度始終不變改變，不能說明是平衡狀態(tài)，故b錯誤；c．各氣體的濃度不再改變，量不再隨時間改變，可說明是平衡狀態(tài)，故c正確；d．各氣體的質(zhì)量分數(shù)不再改變，可說明是平衡狀態(tài)，故d正確；e．反應(yīng)速率v(CO2)正∶v(H2)逆=1∶3，可說明是平衡狀態(tài)，故e正確；答案為b。

②利用三段式解題法計算
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，
開始(mol/L)：13 0 0
變化(mol/L)：0.75 2.25 0.750.75
平衡(mol/L)：0.25 0.75 0.750.75
從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v(H2)==0.225 molL-1min-1；
③氫氣的轉(zhuǎn)化率=×100%=75%；
④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=

==5.33；
⑤要使n(CH3OH)/n(CO2)增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動；A．因正反應(yīng)放熱，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，則比值減小，故A錯誤；B．充入He(g)，使體系壓強增大，但對反應(yīng)物質(zhì)來說，濃度沒有變化，平衡不移動，比值不變，故D錯誤．故B錯誤；C．將H2O(g)從體系中分離，平衡向正反應(yīng)方法移動，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，則比值增大，故D正確；故答案為CD；
⑥若是恒容密閉容器、反應(yīng)后整個體系的壓強比之前來說減小了，加入氫氣雖然正向移動，平衡移動的結(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，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)不變達到平衡時H2的物質(zhì)的量濃度與加氫氣之前相比一定增大，故c1＜c2；
(3)①在堿性溶液中，負極上投放燃料甲烷，發(fā)生失電子發(fā)生氧化反應(yīng)：CH4-8e-+10OH-═CO32-+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�。�
③甲烷燃燒時要放出熱量、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；

④陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為4OH--4e-=O2↑+2H2O；根據(jù)陰極反應(yīng)：Cu2++2e-═Cu，當有6.4gCu即0.1mol生成時，反應(yīng)所轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量是0.2mol，得到氧氣的體積為：×22.4=1.12L，根據(jù)電解的離子方程式2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+，反應(yīng)生成銅的物質(zhì)的量為：0.1mol，相當于減少了0.1molCuO，故向電解后的溶液中加入0.1molCuO可使電解質(zhì)溶液恢復原來的濃度，故答案為C。