Question

【題目】（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

①一定溫度下，不能說明該反應達到平衡狀態的是：_________（填序號）

a.體系的壓強不再改變

b.體系的密度不再改變

c.各氣體的濃度不再改變

d.各氣體的質量分數不再改變

e.反應速率v(CO2)正∶v(H2)逆=1∶3

②從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v（H2）=________mol/（Lmin）；

③氫氣的轉化率=____________；

④該反應的平衡常數為K=_________保留三位有效數字）；

⑤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

⑥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c1____c2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（在上面）．請回答：

①通入甲烷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．

④用該燃料電池以石墨電極電解2.0L 0.25 mol·L-1 CuSO4溶液，5min后在一個電極上有6.4gCu析出。則陽極的電極反應式為____________________； 此時得到的O2在標準狀況下的體積為______L;向電解后的溶液中加入下列哪種物質可使電解質溶液恢復原來的濃度：____________

A. CuSO4 B.H2O C.CuO D.CuCO3

Answer 1

【答案】6CO2（g）+6H2O（l）=C6H12O6（s）+6O2（g）△H=+2880 kJmol﹣1b0.22575%K=5.33(mol/L)-2CD＜CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O減小大于4OH-－4e-=2H2O+O2↑或2H2O-4e-==O2↑+4H+1.12CD

【解析】

(1)依據蓋斯定律由題干所給的熱化學方程式，結合蓋斯定律計算(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 kJmol-1；(2)①a．反應體系氣體反應物與生成物的系數和不等，則恒容條件下壓強不再改變，可說明是平衡狀態，故a正確；b．氣體的總質量和體積始終不變，體系的密度始終不變改變，不能說明是平衡狀態，故b錯誤；c．各氣體的濃度不再改變，量不再隨時間改變，可說明是平衡狀態，故c正確；d．各氣體的質量分數不再改變，可說明是平衡狀態，故d正確；e．反應速率v(CO2)正∶v(H2)逆=1∶3，可說明是平衡狀態，故e正確；答案為b。

②利用三段式解題法計算
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，
開始(mol/L)：13 0 0
變化(mol/L)：0.75 2.25 0.750.75
平衡(mol/L)：0.25 0.75 0.750.75
從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v(H2)==0.225 molL-1min-1；
③氫氣的轉化率=×100%=75%；
④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=

==5.33；
⑤要使n(CH3OH)/n(CO2)增大，應使平衡向正反應方向移動；A．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，但對反應物質來說，濃度沒有變化，平衡不移動，比值不變，故D錯誤．故B錯誤；C．將H2O(g)從體系中分離，平衡向正反應方法移動，比值增大，故C正確；D．再充入1mol CO2和3mol H2，增大反應物濃度，平衡向正反應方向移動，則比值增大，故D正確；故答案為CD；
⑥若是恒容密閉容器、反應后整個體系的壓強比之前來說減小了，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平衡時H2的物質的量濃度與加氫氣之前相比一定增大，故c1＜c2；
(3)①在堿性溶液中，負極上投放燃料甲烷，發生失電子發生氧化反應：CH4-8e-+10OH-═CO32-+7H2O；
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�。�
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；

④陽極發生氧化反應，電極反應式為4OH--4e-=O2↑+2H2O；根據陰極反應：Cu2++2e-═Cu，當有6.4gCu即0.1mol生成時，反應所轉移的電子的物質的量是0.2mol，得到氧氣的體積為：×22.4=1.12L，根據電解的離子方程式2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+，反應生成銅的物質的量為：0.1mol，相當于減少了0.1molCuO，故向電解后的溶液中加入0.1molCuO可使電解質溶液恢復原來的濃度，故答案為C。