Question

【題目】CH4、H2、C都是優質的能源物質，它們燃燒的熱化學方程式為

①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)

ΔH＝－890.3 kJ·mol－1

②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)

ΔH＝－571.6 kJ·mol－1

③C(s)＋O2(g)===CO2(g)

ΔH＝－393.5 kJ·mol－1

(1)在深海中存在一種甲烷細菌，它們依靠酶使甲烷與O2作用產生能量而存活，甲烷細菌使1 mol甲烷生成CO2氣體與液態水，放出的能量________(填“>”、“<”或“＝”)890.3 kJ。

(2)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＋2H2,1 g CH4完全反應可釋放15.46 kJ的熱量，則：

①下圖能表示該反應過程中能量變化的是________(填字母)。

②若將物質的量均為1 mol的CH4與CO2充入某恒容密閉容器中，體系放出的熱量隨時間的變化如圖所示，則CH4的轉化率為________。

(3)C(s)與H2(g)不反應，所以C(s)＋2H2(g)===CH4(g)的反應熱無法直接測量，但通過上述反應可求出C(s)＋2H2(g)===CH4(g)的反應熱ΔH＝________。

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

A．尋找優質催化劑，使CO2與H2O反應生成CH4與O2，并放出熱量

B．尋找優質催化劑，在常溫常壓下使CO2分解生成C與O2

C．尋找優質催化劑，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)

D．將固態C合成為C60，以C60作為燃料

Answer 1

【答案】(1)＝ (2)①D ②63% (3)－74.8 kJ·mol－1 (4)C

【解析】(1)給定反應的反應熱只取決于反應物和生成物的多少和狀態，與中間過程無關，故甲烷細菌使1 mol甲烷生成CO2氣體與液態水，放出的能量仍等于890.3 kJ。(2)①1 g CH4完全反應釋放15.46 kJ的熱量，則1 mol CH4完全反應放出熱量為247.36 kJ，故D圖符合題意。②CH4的轉化率＝155.8 kJ÷247.36 kJ×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反應生成CH4與O2的反應吸熱，故A項不正確；使CO2分解生成C與O2的反應為吸熱反應，常溫下不能發生，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，故C項正確；將固態C合成為C60，以C60作為燃料，是極不經濟合算的，故D項不正確。