Question

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

(1)在圖構想的物質和能量循環中太陽能最終轉化為______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轉化為CH3OH(甲醇)，該反應的化學方程式為：2CO2(g)＋4H2O(g) 2CH3OH(g)＋3O2(g)。一定條件下，在2 L密閉容器中進行上述反應，下列能說明該反應已達到平衡狀態的是____________(填序號)；

A．v正(H2O)＝2v逆(CO2) B．n(CH3OH)∶n(O2)＝2∶3

C．容器內壓強保持不變 D．容器內混合氣體密度保持不變

(3)①用人工光合作用得到的甲醇、氧氣和稀硫酸制作燃料電池，則甲醇應通入該燃料電池的______極(填“正”或“負”)，通入氧氣一極的電極反應式：_________。

②若用氫氧化鉀溶液作電解液制成甲醇燃料電池，其負極的電極反應式為________________。

Answer 1

【答案】熱 AC 負 O2＋4H＋＋4e－＝2H2O CH3OH－6e－＋8OH－＝CO32-＋6H2O

【解析】

(1)根據圖示分析判斷；

(2)達到平衡時正逆反應速率相等，各物質的濃度、含量不變，據此分析判斷；

(3)①在燃料電池中，通入燃料甲醇的電極是負極、通入氧氣的電極是正極；②若用氫氧化鉀溶液作電解液制成甲醇燃料電池，甲醇在負極發生氧化反應生成碳酸鉀，據此書寫電極反應式。

(1)由圖可知，太陽能首先轉化為化學能，其次化學能轉化為熱能，因此在圖構想的物質和能量循環中太陽能最終轉化為熱能，故答案為：熱；

(2)A．v正(H2O)=2v逆(CO2)，可說明正逆反應速率相等，達到平衡狀態，故A正確；

B．無論是否達到平衡狀態，生成物的物質的量之比都等于化學計量數之比，即n(CH3OH)∶(O2)=2∶3，故B錯誤；

C．反應前后氣體的體積不等，容器內壓強保持不變，可說明達到平衡狀態，故C正確；

D．因容器體積以及氣體的質量不變，則容器內密度保持不變，不能用于判斷是否達到平衡狀態，故D錯誤；

故答案為：AC；

(3)①甲醇、氧氣和稀硫酸制作燃料電池，反應中甲醇被氧化，應為電池的負極，正極發生還原反應，氧氣被還原生成水，電極方程式為O2+4H++4e-＝2H2O，故答案為：負；O2+4H++4e-＝2H2O；

②若用氫氧化鉀溶液作電解液制成甲醇燃料電池，甲醇在負極發生氧化反應生成碳酸鉀，電極反應式為CH3OH－6e－＋8OH－＝CO32-＋6H2O，故答案為：CH3OH－6e－＋8OH－＝CO32-＋6H2O。