Question

（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）+ 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

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）降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇．为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为1L的恒容密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应：

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图1所示

①一定温度下，不能说明该反应达到平衡状态的是：_________（填序号）

a.体系的压强不再改变    

b.体系的密度不再改变   

c.各气体的浓度不再改变

d.各气体的质量分数不再改变  

e.反应速率v(CO₂)正∶v(H₂)逆=1∶3

②从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=________mol/（L•min）；

③氢气的转化率=____________；

④该反应的平衡常数为K=_________保留三位有效数字）；

⑤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

⑥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2所示甲烷燃料电池（在上面）．请回答：

①通入甲烷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．

④用该燃料电池以石墨电极电解2.0L 0.25 mol·L^-1  CuSO₄溶液，5min后在一个电极上有6.4gCu析出。则阳极的电极反应式为____________________； 此时得到的O₂在标准状况下的体积为______L;向电解后的溶液中加入下列哪种物质可使电解质溶液恢复原来的浓度：____________

A. CuSO₄ B.H₂O  C.CuO  D.CuCO₃

Answer

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

【解析】

(1)依据盖斯定律由题干所给的热化学方程式，结合盖斯定律计算(①+②)×6+③得到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，
6CO2(g)+6H2O(g)=C6H12O6(葡萄糖、s)+6O2(g)△H=[(+284KJ/mol)+(+396KJ/mol)]×6+(-1200KJ/mol)=+2880KJ/mol；
则△H=[(+284KJ/mol)+(+396KJ/mol)]×6+(-1200KJ/mol)=+2880KJ/mol，即6CO2(g)+6H2O(l)=C6H12O6(s)+6O2(g)△H=+2880 kJ•mol-1；(2)①a．反应体系气体反应物与生成物的系数和不等，则恒容条件下压强不再改变，可说明是平衡状态，故a正确；b．气体的总质量和体积始终不变，体系的密度始终不变改变，不能说明是平衡状态，故b错误；c．各气体的浓度不再改变，量不再随时间改变，可说明是平衡状态，故c正确；d．各气体的质量分数不再改变，可说明是平衡状态，故d正确；e．反应速率v(CO2)正∶v(H2)逆=1∶3，可说明是平衡状态，故e正确；答案为b。

②利用三段式解题法计算 
       CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，
开始(mol/L)：1    3      0     0
变化(mol/L)：0.75   2.25    0.75   0.75
平衡(mol/L)：0.25   0.75    0.75   0.75
从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v(H2)==0.225 mol•L-1•min-1；
③氢气的转化率=×100%=75%；
④平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，则K=

==5.33；
⑤要使n(CH3OH)/n(CO2)增大，应使平衡向正反应方向移动；A．因正反应放热，升高温度平衡向逆反应方向移动，则比值减小，故A错误；B．充入He(g)，使体系压强增大，但对反应物质来说，浓度没有变化，平衡不移动，比值不变，故D错误．故B错误；C．将H2O(g)从体系中分离，平衡向正反应方法移动，比值增大，故C正确；D．再充入1mol CO2和3mol H2，增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动，则比值增大，故D正确；故答案为CD；
⑥若是恒容密闭容器、反应后整个体系的压强比之前来说减小了，加入氢气虽然正向移动，平衡移动的结果是减弱这种改变，而不能消除这种改变，即虽然平衡正向移动，氢气的物质的量在增加后的基础上减小，但是CO2(g)浓度较小、CH3OH(g) 浓度增大、H2O(g)浓度增大，且平衡常数不变达到平衡时H2的物质的量浓度与加氢气之前相比一定增大，故c1＜c2；
(3)①在碱性溶液中，负极上投放燃料甲烷，发生失电子发生氧化反应：CH4-8e-+10OH-═CO32-+7H2O；
②燃料电池的总反应是：CH4+2O2+2KOH═K2CO3+3H2O，消耗氢氧根离子，所以碱性减弱，pH减小；
③甲烷燃烧时要放出热量、光能，所以燃料电池中甲烷的利用率比甲烷燃烧的能量利用率高；

④阳极发生氧化反应，电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O；根据阴极反应：Cu2++2e-═Cu，当有6.4g Cu即0.1mol生成时，反应所转移的电子的物质的量是0.2mol，得到氧气的体积为：×22.4=1.12L，根据电解的离子方程式2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+，反应生成铜的物质的量为：0.1mol，相当于减少了0.1molCuO，故向电解后的溶液中加入0.1molCuO可使电解质溶液恢复原来的浓度，故答案为C。

点睛：盖斯定律是指化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的；即化学反应热只与其反应的始态和终态有关，而与具体反应进行的途径无关；盖斯定律的基本使用方法：①写出目标方程式；②确定“过渡物质”(要消去的物质)；③用消元法逐一消去“过渡物质”，平时要多练习，才能熟能生巧。