Question

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下圖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

(1)＝　(2)①D　②63%　(3)－74.8 kJ·mol^－1　(4)C

(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