Question

全球氣候變暖已經(jīng)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%．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

（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)，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   ；．

（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)進行如下實驗，在體積為1L的恒容密閉容器中，充入1molCO₂和3MolH₂，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（g）+H₂O（g）

△H=﹣49.0kJ/mol．測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖1所示．

①c（mol/L）0.751.000.500.250310t（min）CO2CH3OH

從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率

v（H₂）=   mol/（L•min）；

②氫氣的轉(zhuǎn)化率=75%；

③該反應(yīng)的平衡常數(shù)為   （保留小數(shù)點后2位）；

④下列措施中能使平衡體系中n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是CD．

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(dāng)反應(yīng)達到平衡時，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現(xiàn)這一目標(biāo)．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(zhì)穩(wěn)定．將其插入KOH溶液從而達到吸收CO₂的目的．請回答：

①通入甲烷一極的電極反應(yīng)式為   ；

②隨著電池不斷放電，電解質(zhì)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

考點：  熱化學(xué)方程式；化學(xué)電源新型電池；物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線；化學(xué)平衡的計算．

專題：  基本概念與基本理論．

分析：  （1）依據(jù)蓋斯定律和熱化學(xué)方程式計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)，注意加減時焓變隨之變化；

（2）①根據(jù)v=計算；

②根據(jù)氫氣的平衡濃度判斷轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量，進而可計算轉(zhuǎn)化率；

③根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積計算；

④要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動；

⑤恒容密閉容器、反應(yīng)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，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．

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=×6+（﹣1200KJ/mol）=+2880KJ/mol；

則△H=×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）①利用三段式解題法計算

              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）==0.225 mol•L^﹣1•min^﹣1，

故答案為：0.225；

②氫氣的轉(zhuǎn)化率=×100%=75%，

故答案為：75%；

③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===5.33，

故答案為：5.33；

④要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動，

A．因正反應(yīng)放熱，升高溫度平衡向逆反應(yīng)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(yīng)物質(zhì)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(yīng)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(yīng)物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動，則比值增大，故D正確．

故答案為：CD；

⑤若是恒容密閉容器、反應(yīng)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(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，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)不變達到平衡時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��；

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．

點評：  本題考查較為綜合，涉及熱化學(xué)、電化學(xué)以及化學(xué)平衡計算以及平衡移動等問題，題目難度較大，注意根據(jù)圖象計算各物質(zhì)的平衡濃度為解答該題的關(guān)鍵．