Question

【題目】如圖所示的過程是目前直接利用太陽能的研究熱點。人們把通過人工光化學手段合成燃料的過程叫做人工光合作用。

（1）在上圖構想的物質和能量循環中太陽能最終轉化為__________能。

（2）人工光合作用的途徑之一就是在催化劑和光照條件下，將CO2和H2O轉化為CH3OH，該反應的化學方程式為：2CO2(g)＋4H2O(g)2CH3OH(g)＋3O2(g)。一定條件下，在2L密閉容器中進行上述反應，測得n(CH3OH)隨時間的變化如下表所示：

時間/min	0	1	2	3	4	5	6
n(CH3OH)/mol	0.000	0.040	0.070	0.090	0.100	0.100	0.100

①平衡時，氧氣的物質的量濃度為____；用H2O(g)表示0～3 min內該反應的平均反應速率為_____。

②能說明該反應已達到平衡狀態的是_____________。

A．n（CH3OH） ：n（O2）=2 ：3 B．容器內氣體密度保持不變

C．容器內氣體壓強保持不變 D．υ正（H2O）=2υ逆（CO2）

（3）用人工光合作用得到的甲醇、氧氣和稀硫酸制作燃料電池，則氧氣應通入該燃料電池的________極（填“正”或“負”），通入甲醇的一極的電極反應式為________________。

Answer 1

【答案】熱 0.075 mol·L-1 0.03mol·L-1·min-1 CD 正 CH3OH - 6e- + H2O = CO2↑+6H+

【解析】

(1)圖中太陽能最終以燃燒熱的形式放出，即最終轉化為熱能。故答案：熱；

(2)①將CO2和H2O轉化為CH3OH，該反應的化學方程式為：2CO2(g)＋4H2O(g)2CH3OH(g)＋3O2(g)，有表格數據可知4min時化學反應達到平衡。平衡時甲醇的物質的量為0.1mol, O2的物質的量為0.15mol,所以平衡時，氧氣的物質的量濃度為c=0.15mol/2L=0.075 molL-1；0～3 min 內甲醇的物質的量變化0.09mol,根據2CO2(g)＋4H2O(g)2CH3OH(g)＋3O2(g)可知，水變化的物質的量為0.18mol, 0～3 min內水的平均反應速率為v=0.18mol /(2L×3min)=0.03molL-1min-1 ；因此，本題正確答案是: 0.075 mol·L-1；0.03mol·L-1·min-1；
②A.無論是否達到平衡狀態,生成物的物質的量之比都等于化學計量數之比,即n(CH3OH) ：n(O2)=2 ：3 ,故A錯誤；
B.因氣體的體積以及質量不變,則容器內密度保持不變,不能用于判斷是否達到平衡狀態,故B錯誤；
C.反應前后氣體的體積不等,容器內壓強保持不變,可說明達到平衡狀態,故C正確；

D．v正(H2O)=2v逆(CO2),可說明正逆反應速率相等,達到平衡狀態,故D正確；
因此，本題正確答案是:CD；
(3)甲醇、氧氣和稀硫酸制作燃料電池中，氧氣被還原生成水，做電池的正極，甲醇被氧化,做電池的負極 ,其電極方程式為CH3OH - 6e- + H2O = CO2↑+6H+,
因此，本題正確答案是:正; CH3OH - 6e- + H2O = CO2↑+6H+；