Question

17．（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）+$\frac{1}{2}$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6CO₂（g）+6H₂O（l）=C₆H₁₂O₆（s）+6O₂（g）△H=+2880 kJ•mol^-1．
（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(shí)間變化如圖1所示     
①一定溫度下，不能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是：b（填序號(hào)）
a．體系的壓強(qiáng)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）=0.225mol/（L•min）；
③氫氣的轉(zhuǎn)化率=75%；
④該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=5.33（保留三位有效數(shù)字）；
⑤下列措施中能使平衡體系中$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大的是CD．
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
⑥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（在上面）．請(qǐng)回答：
①通入甲烷一極的電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
②隨著電池不斷放電，電解質(zhì)溶液的pH減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減小”或“不變”）．
③通常情況下，甲烷燃料電池的能量利用率大于（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 0.25mol•L^-1  CuSO₄溶液，5min后在一個(gè)電極上有6.4gCu析出．則陽極的電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑或2H₂O-4e-═O₂↑+4H⁺； 此時(shí)得到的O₂在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為1.12L；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：CDA．CuSO₄B．H₂O  C．CuO  D．CuCO₃．

Answer 1

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平衡時(shí)各組分的濃度不隨時(shí)間的變化而變化，由此分析各選項(xiàng)；
②根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算；
③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；
④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；
⑤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；
⑥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；
③根據(jù)能量轉(zhuǎn)化情況來回答；
④陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑或2H₂O-4e-═O₂↑+4H⁺，5min后在一個(gè)電極上有6.4gCu析出，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.2mol，所以生成氣體的物質(zhì)的量為：$\frac{0.2}{4}$=0.05mol，所以體積為：1.12L，電解質(zhì)溶液濃度恢復(fù)遵循：“出什么加什么”的原則．

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）①a．體系的壓強(qiáng)不再改變，說明氣體的物質(zhì)的量不變，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，故正確；     
b．體系的密度一直不變，故錯(cuò)誤；    
c．各氣體的濃度不再改變，說明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，故正確；
d．各氣體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再改變，說明各物質(zhì)的量不變，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，故正確；   
e．反應(yīng)速率v（CO₂）正：v（H₂）逆=1：3，等效于v（CO₂）正：v（CO₂）逆=1：1，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，故正確；
故選：b；
②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）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225 mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.225；
③氫氣的轉(zhuǎn)化率=$\frac{2.25}{3}$×100%=75%，
故答案為：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=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=5.33，
故答案為：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(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；
⑥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，故答案為：減小；
③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：大于；
④陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑或2H₂O-4e-═O₂↑+4H⁺，5min后在一個(gè)電極上有6.4gCu析出，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.2mol，所以生成氣體的物質(zhì)的量為：$\frac{0.2}{4}$=0.05mol，所以體積為：1.12L，電解質(zhì)產(chǎn)生銅與氧氣，所以加入氧化銅與碳酸銅，故選CD；
故答案為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑或2H₂O-4e-═O₂↑+4H⁺； 1.12；CD．

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．