【題目】CH4、H2、C都是優(yōu)質(zhì)的能源物質(zhì),它們?nèi)紵臒峄瘜W(xué)方程式為:

CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3kJ·mol1

2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH=-571.6kJ·mol1

C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-393.5kJ·mol1

(1)在深海中存在一種甲烷細(xì)菌,它們依靠酶使甲烷與O2作用產(chǎn)生的能量存活,甲烷細(xì)菌使1mol甲烷生成CO2氣體與液態(tài)水,放出的能量________(“>”“<”“=”)890.3kJ。

(2)甲烷與CO2可用于合成水煤氣(主要成分是一氧化碳和氫氣):CH4+CO2=2CO+2H2,1gCH4完全反應(yīng)可釋放15.46kJ的熱量,則:

①能表示該反應(yīng)過程中能量變化的是________(填字母)。

②若將物質(zhì)的量均為1molCH4CO2充入某恒容密閉容器中,體系放出的熱量隨著時間的變化如圖所示,則CH4的轉(zhuǎn)化率為________。

(3)C(s)H2 (g)不反應(yīng),所以C(s)+2H2(g)=CH4(g)的反應(yīng)熱無法直接測量,但通過上述反應(yīng)可求出C(s)+2H2(g)=CH4(g)的反應(yīng)熱ΔH=_____

(4)目前對于上述三種物質(zhì)的研究是燃料研究的重點,下列關(guān)于上述三種物質(zhì)的研究方向中可行的是_______(填字母)。

A.尋找優(yōu)質(zhì)催化劑,使CO2H2O反應(yīng)生成CH4O2,并放出熱量

B.尋找優(yōu)質(zhì)催化劑,在常溫常壓下使CO2分解生成碳與O2

C.尋找優(yōu)質(zhì)催化劑,利用太陽能使大氣中的CO2與海底開采的CH4合成水煤氣(CO、H2)

D.將固態(tài)碳合成為C60,以C60作為燃料

【答案】 D 63%  -74.8kJ·mol-1 C

【解析】

(1)CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-890,.3kJmol-1,得到甲烷細(xì)菌使1mol甲烷生成CO2氣體與液態(tài)水放出的熱量;(2)①甲烷與CO2可用于合成合成氣(主要成分是一氧化碳和氫氣):CH4+CO2═2CO+2H2,1g CH4完全反應(yīng)可釋放15.46kJ的熱量,計算1mol甲烷完全反應(yīng)放出的熱量,反應(yīng)為放熱反應(yīng),據(jù)此分析圖象判斷;②依據(jù)①計算得到的反應(yīng)的焓變,圖中中是反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時放熱155.8KJ,計算反應(yīng)的甲烷得到轉(zhuǎn)化率;
(3)已知:①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H1=-890.3kJ/mol;②2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H=-571.6kJmol-1;③C(s)+O2(g)=CO2(g)△H2=-393.5kJ/mol,反應(yīng)C(石墨,s)+2H2(g)=CH4(g)可以是②+③-①得到,由此分析解答;(4)CO2與H2O反應(yīng)生成CH4與O2的反應(yīng)吸熱,故A項不正確;使CO2分解生成碳與O2的反應(yīng)為吸熱反應(yīng),常溫下不能發(fā)生,故B項不正確;利用太陽能使大氣中的CO2與海底開采的CH4合成合成氣(CO、H2)是合理的,C項正確;將固態(tài)碳合成為C60,以C60作為燃料,極不經(jīng)濟合算,故D項不正確。

(1)給定反應(yīng)的反應(yīng)熱只取決于反應(yīng)物和生成物的多少和狀態(tài),與中間過程無關(guān),故甲烷細(xì)菌使1 mol甲烷生成CO2氣體與液態(tài)水,放出的能量仍等于890.3 kJ。(2)①1 g CH4完全反應(yīng)釋放15.46 kJ的熱量,則1 mol CH4完全反應(yīng)放出熱量為247.36 kJ,故D圖符合題意;②CH4的轉(zhuǎn)化率=155.8/247.36 ×100%≈63%。(3)②+③-①即得C(s)+2H2(g)=CH4(g) ΔH=-74.8 kJ·mol-1。(4)已知CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol-1,則CO2與H2O反應(yīng)生成CH4與O2的反應(yīng)吸熱,故A項不正確;使CO2分解生成碳與O2的反應(yīng)為吸熱反應(yīng),常溫下不能發(fā)生,故B項不正確;利用太陽能使大氣中的CO2與海底開采的CH4合成合成氣(CO、H2)是合理的,C項正確;將固態(tài)碳合成為C60,以C60作為燃料,極不經(jīng)濟合算,故D項不正確,故選C。

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②該反應(yīng)是_____反應(yīng)(填“吸熱或放熱”),ΔH=__________ (用E1、E2表示);

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