Question

【題目】如圖所示的過(guò)程是目前直接利用太陽(yáng)能的研究熱點(diǎn)。人們把通過(guò)人工光化學(xué)手段合成燃料的過(guò)程叫做人工光合作用。

（1）在上圖構(gòu)想的物質(zhì)和能量循環(huán)中太陽(yáng)能最終轉(zhuǎn)化為__________能。

（2）人工光合作用的途徑之一就是在催化劑和光照條件下，將CO2和H2O轉(zhuǎn)化為CH3OH，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2CO2(g)＋4H2O(g)2CH3OH(g)＋3O2(g)。一定條件下，在2L密閉容器中進(jìn)行上述反應(yīng)，測(cè)得n(CH3OH)隨時(shí)間的變化如下表所示：

時(shí)間/min	0	1	2	3	4	5	6
n(CH3OH)/mol	0.000	0.040	0.070	0.090	0.100	0.100	0.100

①平衡時(shí)，氧氣的物質(zhì)的量濃度為____；用H2O(g)表示0～3 min內(nèi)該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率為_____。

②能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是_____________。

A．n（CH3OH） ：n（O2）=2 ：3 B．容器內(nèi)氣體密度保持不變

C．容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)保持不變 D．υ正（H2O）=2υ逆（CO2）

（3）用人工光合作用得到的甲醇、氧氣和稀硫酸制作燃料電池，則氧氣應(yīng)通入該燃料電池的________極（填“正”或“負(fù)”），通入甲醇的一極的電極反應(yīng)式為________________。

Answer 1

【答案】熱 0.075 mol·L-1 0.03mol·L-1·min-1 CD 正 CH3OH - 6e- + H2O = CO2↑+6H+

【解析】

(1)圖中太陽(yáng)能最終以燃燒熱的形式放出，即最終轉(zhuǎn)化為熱能。故答案：熱；

(2)①將CO2和H2O轉(zhuǎn)化為CH3OH，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2CO2(g)＋4H2O(g)2CH3OH(g)＋3O2(g)，有表格數(shù)據(jù)可知4min時(shí)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡。平衡時(shí)甲醇的物質(zhì)的量為0.1mol, O2的物質(zhì)的量為0.15mol,所以平衡時(shí)，氧氣的物質(zhì)的量濃度為c=0.15mol/2L=0.075 molL-1；0～3 min 內(nèi)甲醇的物質(zhì)的量變化0.09mol,根據(jù)2CO2(g)＋4H2O(g)2CH3OH(g)＋3O2(g)可知，水變化的物質(zhì)的量為0.18mol, 0～3 min內(nèi)水的平均反應(yīng)速率為v=0.18mol /(2L×3min)=0.03molL-1min-1 ；因此，本題正確答案是: 0.075 mol·L-1；0.03mol·L-1·min-1；
②A.無(wú)論是否達(dá)到平衡狀態(tài),生成物的物質(zhì)的量之比都等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比,即n(CH3OH) ：n(O2)=2 ：3 ,故A錯(cuò)誤；
B.因氣體的體積以及質(zhì)量不變,則容器內(nèi)密度保持不變,不能用于判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài),故B錯(cuò)誤；
C.反應(yīng)前后氣體的體積不等,容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變,可說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài),故C正確；

D．v正(H2O)=2v逆(CO2),可說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等,達(dá)到平衡狀態(tài),故D正確；
因此，本題正確答案是:CD；
(3)甲醇、氧氣和稀硫酸制作燃料電池中，氧氣被還原生成水，做電池的正極，甲醇被氧化,做電池的負(fù)極 ,其電極方程式為CH3OH - 6e- + H2O = CO2↑+6H+,
因此，本題正確答案是:正; CH3OH - 6e- + H2O = CO2↑+6H+；