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(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?jǐn)?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(dāng)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(biāo)．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(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(xué)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(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 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?jǐn)?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(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-═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(dāng)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(dāng)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(fù)原來的濃度，故答案為C。