Question

【題目】全球氣候變暖已經成為全世界人類面臨的重大問題，溫家寶總理在“哥本哈根會議”上承諾到2020年中國減排溫室氣體40%．
（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，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方程式 ．
（2）降低大氣中CO2的含量及有效地開發利用CO2 ， 目前工業上有一種方法是用CO2來生產燃料甲醇．為探究反應原理，現進行如下實驗，在體積為1L的恒容密閉容器中，充入1mol CO2和3mol H2 ， 一定條件下發生反應：
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從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v（H2）=mol/（Lmin）；
②氫氣的轉化率=；
③該反應的平衡常數表達式為K=；
④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
⑤當反應達到平衡時，H2的物質的量濃度為c1 ， 然后向容器中再加入一定量H2 ， 待反應再一次達到平衡后，H2的物質的量濃度為c2 ． 則c1c2的關系（填＞、＜、=）．
（3）減少溫室氣體排放的關鍵是節能減排，大力開發利用燃料電池就可以實現這一目標．如圖2所示甲烷燃料電池就是將電極表面鍍一層細小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強，性質穩定．將其插入KOH溶液從而達到吸收CO2的目的．請回答：
①通入氧氣一極的電極反應式為；
②隨著電池不斷放電，電解質溶液的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．

Answer 1

【答案】
（1）6CO2（g）+6H2O（l）=C6H12O6（s）+6O2（g）△H=+2880 kJ?mol﹣1
（2）0.225；75%；；CD；＜
（3）O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣；減小；大于
【解析】解：（1）已知：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
根據蓋斯定律，Ⅱ×6+Ⅲ+Ⅰ×6可得：6CO2（g）+6H2O（g）=C6H12O6（葡萄糖、s）+6O2（g），則△H=[（+284KJ/mol）+（+396KJ/mol）]×6+（﹣1200KJ/mol）=+2880KJ/mol，
故熱化學方程式為：6CO2（g）+6H2O（l）=C6H12O6（s）+6O2（g）△H=+2880 kJmol﹣1 ，
故答案為：6CO2（g）+6H2O（l）=C6H12O6（s）+6O2（g）△H=+2880 kJmol﹣1；（2）在體積為1L的恒容密閉容器中，充入1mol CO2和3mol H2 ， 10min平衡時甲醇濃度為0.75mol/L，二氧化碳濃度為0.25mol/L，則：

	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

①從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v（H2）= =0.225 molL﹣1min﹣1 ，
故答案為：0.225；
②氫氣的轉化率= ×100%=75%，
故答案為：75%；
③平衡常數等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，則K= ，
故答案為： ；
④A．因正反應放熱，升高溫度平衡向逆反應方向移動，則比值減小，故A錯誤；
B．充入He（g），使體系壓強增大，恒容條件下各組分濃度不變，平衡不移動，比值不變，故B錯誤；
C．將H2O（g）從體系中分離，平衡向正反應方向移動，比值增大，故C正確；
D．再充入1mol CO2和3mol H2 ， 等效為增大壓強，平衡正向移動，則比值增大，故D正確，
故答案為：CD；
⑤加入氫氣雖然正向移動，平衡移動的結果是減弱這種改變，而不能消除這種改變，即雖然平衡正向移動，氫氣的物質的量在增加后的基礎上減小，但是CO2（g）濃度較小、CH3OH（g） 濃度增大、H2O（g）濃度增大，且平衡常數不變，達到新平衡時H2的物質的量濃度與之前相比一定增大，故c1＜c2 ， 故答案為：＜；（3）①氧氣發生還原反應，獲得電子，在堿性條件下生成氫氧根離子，電極反應式為：O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣ ， 故答案為：O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣；
②燃料電池的總反應是：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．
（1）已知：Ⅰ．H2O（l）═2H+（aq）+ O2（g）+2e﹣△H=+284kJ/mol
Ⅱ．CO2（g）+C（s）+2H+（aq）═2C3+（s）△H=+396kJ/mol
Ⅲ.12C3+（s）+12e﹣═C6H12O6（葡萄糖、s）+6C5（s）+3O2（g）△H=﹣1200kJ/mol
根據蓋斯定律，Ⅱ×6+Ⅲ+Ⅰ×6可得：6CO2（g）+6H2O（g）=C6H12O6（葡萄糖、s）+6O2（g）；（2）在體積為1L的恒容密閉容器中，充入1mol CO2和3mol H2 ， 10min平衡時甲醇濃度為0.75mol/L，二氧化碳濃度為0.25mol/L，則：

	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

①根據v= 計算v（H2）；
②氫氣的轉化率= ×100%；
③平衡常數是指：一定溫度下，可逆反應達到平衡時，生成物濃度系數次冪乘積與反應物濃度系數次冪乘積之比；
④A．正反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動；
B．充入He（g），使體系壓強增大，恒容條件下各組分濃度不變，平衡不移動；
C．將H2O（g）從體系中分離出去，平衡正向移動；
D．再充入1mol CO2和3mol H2 ， 等效為增大壓強，平衡正向移動；
⑤增大某一反應物的濃度，平衡正向移動，移動結果不能消除該物質濃度增大；（3）①氧氣發生還原反應，獲得電子，在堿性條件下生成氫氧根離子；
②甲烷燃燒生成二氧化碳與水，二氧化碳又與氫氧化鈉反應生成碳酸鈉，溶液堿性減弱；
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．