Question

全球气候变暖已经成为全世界人类面临的重大问题。

（1）地球上的能源主要源于太阳，绿色植物的光合作用可以大量吸收CO₂以减缓温室效应，主要过程可以描述分为下列三步（用“C₅”表示C₅H₁₀O₄，用“C₃”表示C₃H₆O₃）：

Ⅰ：H₂O(l)＝2H^＋(aq)＋1/2O₂(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

写出绿色植物利用水和二氧化碳合成葡萄糖并放出氧气的热化学方程式            

（2）工业上有一种方法有效地开发利用CO₂，是用CO₂来生产燃料甲醇。为探究反应原理，进行如下实验，在体积为1 L的恒容密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，一定条件下发生反应：CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)△H＝－49.0kJ/mol。测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如下图所示。

①从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v(H₂)＝         mol/(L·min)；

②氢气的转化率＝             ；

③求此温度下该反应的平衡常数K=              ；

④下列措施中能使平衡体系中n(CH₃OH)／n(CO₂)增大的是            。

A．升高温度                       B．充入He(g)，使体系压强增大

C．将H₂O(g)从体系中分离出去       D．再充入1mol CO₂和3mol H₂

⑤当反应达到平衡时，H₂的物质的量浓度为c₁，然后向容器中再加入一定量H₂，待反应再一次达到平衡后，H₂的物质的量浓度为c₂。则c₁      c₂的关系（填＞、＜、＝）。

（3）减少温室气体排放的关键是节能减排，大力开发利用燃料电池就可以实现这一目标。如图所示甲烷燃料电池就是将电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。将其插入KOH溶液，从而达到吸收CO₂的目的。

①通入氧气一极的电极反应式为                ；

②随着电池不断放电，电解质溶液的pH          （填“增大”、“减小”或“不变”）。

③通常情况下，甲烷燃料电池的能量利用率          （填大于、小于或等于）甲烷燃烧的能量利用率。

Answer

（1）6CO2(g)+6H2O(l)=C6H12O6(葡萄糖、s)+6O2(g) △H=+2880kJ·mol-1

（2）①0.225；②75%；③5.33 （L2/mol2）；④CD；⑤＜；

（3）①O2＋2H2O＋4e－=4OH－；②减小；③大于

【解析】

试题分析：（1）由盖斯定律可知：6CO2(g)+6H2O(l)=C6H12O6(葡萄糖、s)+6O2(g) △H=6×(+396 kJ/mol)+6×(+284 kJ/mol)+（-1200 kJ/mol）=+2880kJ·mol-1；（2）由图象可知有反应开始到平衡平均反应速率v(CO2)=0.75mol/L÷10min=0.075mol·L－1·min－1，故①v(H2)=3 v(CO2)= 0.225 mol·L－1·min－1；②氢气的转化率＝3×0.75mol÷3mol×100%=75%，③求此温度下该反应的平衡常数K==5.33（L2/mol2）；④1L恒容容器中CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)△H＝－49.0kJ/mol反应，升高温度平衡逆向移动，n(CH3OH)／n(CO2)减小；充入He(g)，使体系压强增大平衡不移动，故n(CH3OH)／n(CO2)不变；将H2O(g)从体系中分离出去，则平衡向正向移动，故n(CH3OH)／n(CO2)增大；再充入1mol CO2和3mol H2相当于两个等效的平衡体系合，合并瞬间n(CH3OH)／n(CO2)不变，平衡正向移动则n(CH3OH)／n(CO2)增大；故选CD。⑤当反应达到平衡时，H2的物质的量浓度为c1，然后向容器中再加入一定量H2，待反应再一次达到平衡后，H2的物质的量浓度为c2，根据勒夏特列原理可知c1＜c2。（3）由图象可知，该电池为甲烷燃料电池，通甲烷的一方为负极：CH4-8e—+10OH—= CO32—+7H2O，通氧气的一方为正极：2O2＋4H2O＋8e－=8OH－，随着电池不断放电，电解质溶液的pH减小，通常情况下，甲烷燃烧会有一部分能量以光能形式释放，则甲烷燃料电池的能量利用率大于甲烷燃烧的能量利用率。

考点：化学反应能量、化学平衡、电化学等反应原理考查。