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）①D②63%（3）－74.8kJ·mol－1（4）C

【解析】

試題分析：（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，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）①1g CH4完全反應可釋放15.46 kJ的熱量，則1 mol CH4完全反應放出熱量為15.46kJ×16=247.36 kJ，該反應為放熱反應，1mol甲烷和1molCO2的總能量和大于2molCO和2molH2的總能量和，答案選D。

②根據題圖提供的信息，CH4的轉化率＝155.8/247.36 ×100%≈63%。

（3）根據蓋斯定律，②＋③－①即得C(s)＋2H2(g)=CH4(g) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1－393.5 kJ·mol－1+890.3 kJ·mol－1=－74.8 kJ·mol－1。

（4）A.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的反應是吸熱反應，A項錯誤；B.使CO2分解生成碳與O2的反應為吸熱反應，常溫下不能發生，B項錯誤；C.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；D.將固態碳合成為C60，以C60作為燃料，極不經濟合算，D項錯誤；答案選C。