Question

【題目】CH4、H2、C都是優質的能源物質，它們燃燒的熱化學方程式為：

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

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

③C(s)＋O2(g)=CO2(g) ΔH＝－393.5kJ·mol－1

（1）在深海中存在一種甲烷細菌，它們依靠酶使甲烷與O2作用產生的能量存活，甲烷細菌使1mol甲烷生成CO2氣體與液態水，放出的能量________(填“＞”“＜”或“＝”)890.3kJ。

（2）甲烷與CO2可用于合成水煤氣(主要成分是一氧化碳和氫氣)：CH4＋CO2=2CO＋2H2，1gCH4完全反應可釋放15.46kJ的熱量，則：

①能表示該反應過程中能量變化的是________(填字母)。

②若將物質的量均為1mol的CH4與CO2充入某恒容密閉容器中，體系放出的熱量隨著時間的變化如圖所示，則CH4的轉化率為________。

（3）C(s)與H2 (g)不反應，所以C(s)＋2H2(g)=CH4(g)的反應熱無法直接測量，但通過上述反應可求出C(s)＋2H2(g)=CH4(g)的反應熱ΔH＝_____。

（4）目前對于上述三種物質的研究是燃料研究的重點，下列關于上述三種物質的研究方向中可行的是_______(填字母)。

A．尋找優質催化劑，使CO2與H2O反應生成CH4與O2，并放出熱量

B．尋找優質催化劑，在常溫常壓下使CO2分解生成碳與O2

C．尋找優質催化劑，利用太陽能使大氣中的CO2與海底開采的CH4合成水煤氣(CO、H2)

D．將固態碳合成為C60，以C60作為燃料

Answer 1

【答案】＝ D 63%　 －74.8kJ·mol－1 C

【解析】

（1）CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H=-890，.3kJmol-1，得到甲烷細菌使1mol甲烷生成CO2氣體與液態水放出的熱量；（2）①甲烷與CO2可用于合成合成氣（主要成分是一氧化碳和氫氣）：CH4+CO2═2CO+2H2，1g CH4完全反應可釋放15.46kJ的熱量，計算1mol甲烷完全反應放出的熱量，反應為放熱反應，據此分析圖象判斷；②依據①計算得到的反應的焓變，圖中中是反應達到平衡狀態時放熱155.8KJ，計算反應的甲烷得到轉化率；
（3）已知：①CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H1=-890.3kJ/mol；②2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H=-571.6kJmol-1；③C（s）+O2（g）=CO2（g）△H2=-393.5kJ/mol，反應C（石墨，s）+2H2（g）=CH4（g）可以是②+③-①得到，由此分析解答；（4）CO2與H2O反應生成CH4與O2的反應吸熱，故A項不正確；使CO2分解生成碳與O2的反應為吸熱反應，常溫下不能發生，故B項不正確；利用太陽能使大氣中的CO2與海底開采的CH4合成合成氣(CO、H2)是合理的，C項正確；將固態碳合成為C60，以C60作為燃料，極不經濟合算，故D項不正確。

(1)給定反應的反應熱只取決于反應物和生成物的多少和狀態，與中間過程無關，故甲烷細菌使1 mol甲烷生成CO2氣體與液態水，放出的能量仍等于890.3 kJ。(2)①1 g CH4完全反應釋放15.46 kJ的熱量，則1 mol CH4完全反應放出熱量為247.36 kJ，故D圖符合題意；②CH4的轉化率＝155.8/247.36 ×100%≈63%。(3)②＋③－①即得C(s)＋2H2(g)=CH4(g)　ΔH＝－74.8 kJ·mol－1。(4)已知CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－890.3 kJ·mol－1，則CO2與H2O反應生成CH4與O2的反應吸熱，故A項不正確；使CO2分解生成碳與O2的反應為吸熱反應，常溫下不能發生，故B項不正確；利用太陽能使大氣中的CO2與海底開采的CH4合成合成氣(CO、H2)是合理的，C項正確；將固態碳合成為C60，以C60作為燃料，極不經濟合算，故D項不正確，故選C。