Question

CH₄、H₂、C都是优质的能源物质,它们燃烧的热化学方程式为:

①CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)   ΔH= -890.3 kJ·mol^-1

②2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(l)    ΔH=-571.6 kJ·mol^-1

③C(s)+O₂(g)=CO₂(g)    ΔH=-393.5 kJ·mol^-1

（1）在深海中存在一种甲烷细菌,它们依靠酶使甲烷与O₂作用而产生的能量存活,甲烷细菌使1 mol甲烷生成CO₂气体与液态水,放出的能量____________(填“>”、“<”或“=”)890.3 kJ。

（2）甲烷与CO₂可用于合成合成气(主要成分是一氧化碳和氢气):CH₄+CO₂= 2CO+2H₂,1 g CH₄完全反应可释放15.46 kJ的热量,则:

①上图(所有物质均为气态)能表示该反应过程中能量变化的是__________(填字母)。

②若将物质的量均为1 mol的CH₄与CO₂充入某恒容密闭容器中,体系放出的热量随时间的变化如图所示,则CH₄的转化率为                  。

（3）C(s)与H₂(g)不反应,所以C(s)+2H₂(g)=CH₄(g)的反应热无法直接测量,但通过上述反应可求出C(s)+2H₂(g)=CH₄(g)的反应热ΔH=                  。

（4）目前对于上述三种物质的研究是燃料研究的重点,下列关于上述三种物质的研究方向中可行的是_____________(填字母)。

A．寻找优质催化剂,使CO₂与H₂O反应生成CH₄与O₂,并放出热量

B．将固态碳合成为C₆₀,以C₆₀作为燃料

C．寻找优质催化剂,利用太阳能使大气中的CO₂与海底开采的CH₄合成合成气(CO、H₂)

Answer

（1）= （2）①D ②63% （3）-74.8 kJ·mol-1 （4）C

【解析】

试题分析：（1）给定反应的反应热只取决于反应物和生成物的多少和状态，与中间过程无关，故甲烷细菌使1 mol甲烷生成CO2气体与液态水，放出的能量仍等于890.3 kJ。

（2）①1 g CH4完全反应释放15.46 kJ的热量，则1 mol CH4完全反应放出热量为247.36 kJ，故D图符合题意；②CH4的转化率＝155.8/247.36 ×100%≈63%。

（3）根据盖斯定律：②＋③－①即得C(s)＋2H2(g)=CH4(g) ΔH＝－74.8 kJ·mol－1。

（4）A、已知CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890.3 kJ·mol－1，则CO2与H2O反应生成CH4与O2的反应吸热，错误；B、将固态碳合成为C60，以C60作为燃料，极不经济合算，错误；C、利用太阳能使大气中的CO2与海底开采的CH4合成合成气(CO、H2)是合理的，正确；选C。

考点：考查化学反应与能量变化