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＝－890.3 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1 mol甲烷生成CO2氣體與液態水，放出的能量________(填“＞”“＜”或“＝”)890.3 kJ。

（2）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＋2H2，1 g CH4完全反應可釋放15.46 kJ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1 mol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合成合成氣(CO、H2)

D．將固態碳合成為C60，以C60作為燃料

Answer 1

【答案】（1） ＝；（2） ① D；② 63%；（3） －74.8 kJ·mol－1 ；（4）C。

【解析】

試題分析：（1）根據蓋斯定律，只要始態和終態不變，無論是一步完成還是分幾步完成，其反應熱是相同的，因此此反應熱為890.3kJ·mol－1，因此填寫“=”；

（2）①消耗1molCH4放出熱量為16×15.46/1kJ=247.36kJ，此反應是放熱反應，反應物總能量大于生成物的總能量，故選項D正確；②消耗CH4的物質的量為155.8/247.36mol≈0.63mol，則甲烷的轉化率是0.63/1×100%=63%；

（3）根據目標反應，③＋②－①，得出C(s)＋2H2(g)=CH4(g) △H = (－393.5 － 571.6 ＋890.3) kJ·mol－1 = -74.8 kJ·mol－1；

（4）A、燃燒是放熱反應，則逆過程是吸熱反應，故錯誤；B、催化劑是影響化學反應速率，對化學平衡無影響，故錯誤；C、根據反應原理，故正確；D、固態碳和C60都是C的單質，故錯誤。