Question

15．CH₄、H₂、C都是優(yōu)質(zhì)的能源物質(zhì)，它們?nèi)紵�的熱化學(xué)方程式為：
①2CH₄（g）+4O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-890.3kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
③C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5Kj•mol^-1

（1）在深海中存在一種甲烷細(xì)菌，它們依靠酶使甲烷氣體與O₂作用而產(chǎn)生的能量存活，甲烷細(xì)菌使1mol甲烷生成CO₂氣體與液態(tài)水，放出的能量=（填“＞”、“＜”或“=”）890.3kJ．
（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+2H₂，1g CH₄完全反應(yīng)可釋放15.46kJ的熱量，則：
①圖1（所有物質(zhì)均為氣態(tài)）能表示該反應(yīng)過程中能量變化的是D（填字母）．
②若將物質(zhì)的量均為1mol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2所示，則CH₄的轉(zhuǎn)化率為63%．
（3）C（s）與H₂（g）不反應(yīng)，所以C（s）+2H₂（g）═CH₄（g）的反應(yīng)熱無法直接測量，但通過上述反應(yīng)可求出C（s）+2H₂（g）═CH₄（g）的反應(yīng)熱△H=-74.8kJ•mol^-1．
（4）目前對于上述三種物質(zhì)的研究是燃料研究的重點(diǎn)，下列關(guān)于上述三種物質(zhì)的研究方向中可行的是C（填字母）．
A．尋找優(yōu)質(zhì)催化劑，使CO₂與H₂O反應(yīng)生成CH₄與O₂，并放出熱量
B．將固態(tài)碳合成為C₆₀，以C₆₀作為燃料
C．尋找優(yōu)質(zhì)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）

Answer 1

分析 （1）CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890，.3kJ•mol^-1，得到甲烷細(xì)菌使1mol甲烷生成CO₂氣體與液態(tài)水放出的熱量；
（2）①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+2H₂，1g CH₄完全反應(yīng)可釋放15.46kJ的熱量，計算1mol甲烷完全反應(yīng)放出的熱量，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，據(jù)此分析圖象判斷；
②依據(jù)①計算得到的反應(yīng)的焓變，圖中中是反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時放熱155.8KJ，計算反應(yīng)的甲烷得到轉(zhuǎn)化率；
（3）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）；△H₁=-890.3kJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
③C（s）+O₂（g）=CO₂（g）；△H₂=-393.5kJ/mol
反應(yīng)C（石墨，s）+2H₂（g）=CH₄（g）可以是②+③-①得到，由此分析解答；
（4）A．CO₂與H₂O反應(yīng)生成CH₄和O₂，為吸熱反應(yīng)；
B．將固態(tài)碳合成C₆₀，以C₆₀作燃料，產(chǎn)物相同；
C．大氣中的CO₂和海底開采的CH₄合成合成氣（CO、H₂），具有可行性；

解答 解：（1）CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890，.3kJ•mol^-1，得到甲烷細(xì)菌使1mol甲烷生成CO₂氣體與液態(tài)水放出的熱量等于890，.3kJ•mol^-1，
故答案為：=；
（2）①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+2H₂，1g CH₄完全反應(yīng)可釋放15.46kJ的熱量，計算1mol甲烷完全反應(yīng)放出的熱量=15.46KJ×16=247.36KJ，反應(yīng)焓變△H=-247.36KJ/mol，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)物能量高于生成物，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CH_4（g）+CO_2（g）═2CO（g）+2H_2（g），△H=-247.36KJ/mol，符合能量變化的圖象只有D符合，
故答案為：D；  
 ②反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CH_4（g）+CO_2（g）═2CO（g）+2H_2（g），△H=-247.36KJ/mol，圖象可知反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)放出熱量155.80KJ，則反應(yīng)的甲烷物質(zhì)的量=$\frac{155.80KJ}{247.36KJ/mol}$=0.63mol，甲烷轉(zhuǎn)化率為63%，
故答案為：63%；
（3）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）；△H₁=-890.3kJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
③C（s）+O₂（g）=CO₂（g）；△H₂=-393.5kJ/mol
蓋斯定律計算，②+③-①得到，反應(yīng)C（石墨，s）+2H₂（g）=CH₄（g）△H=-74.8 kJ•mol^-1，
故答案為：-74.8 kJ•mol^-1；
（4）A．甲烷與氧氣的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，可知CO₂與H₂O反應(yīng)生成CH₄和O₂為吸熱反應(yīng)，故A錯誤；
B．將固態(tài)碳合成C₆₀，以C₆₀作燃料，產(chǎn)物相同，研究方向不可行，故B錯誤；
C．大氣中的CO₂和海底開采的CH₄合成合成氣（CO、H₂），具有可行性，利用優(yōu)質(zhì)催化劑、太陽能實現(xiàn)轉(zhuǎn)化，故C正確；
故選C．
故答案為：C；

點(diǎn)評 本題考查了熱化學(xué)方程式書寫、蓋斯定律計算、反應(yīng)熱與能源，為高頻考點(diǎn)，把握物質(zhì)的性質(zhì)、反應(yīng)中的能量變化、化學(xué)研究等為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，注意化學(xué)研究方案的可行性分析，題目難度中等．