Question

【题目】如图所示的过程是目前直接利用太阳能的研究热点。人们把通过人工光化学手段合成燃料的过程叫做人工光合作用。

（1）在上图构想的物质和能量循环中太阳能最终转化为__________能。

（2）人工光合作用的途径之一就是在催化剂和光照条件下，将CO2和H2O转化为CH3OH，该反应的化学方程式为：2CO2(g)＋4H2O(g)2CH3OH(g)＋3O2(g)。一定条件下，在2L密闭容器中进行上述反应，测得n(CH3OH)随时间的变化如下表所示：

时间/min	0	1	2	3	4	5	6
n(CH3OH)/mol	0.000	0.040	0.070	0.090	0.100	0.100	0.100

①平衡时，氧气的物质的量浓度为____；用H2O(g)表示0～3 min内该反应的平均反应速率为_____。

②能说明该反应已达到平衡状态的是_____________。

A．n（CH3OH） ：n（O2）=2 ：3 B．容器内气体密度保持不变

C．容器内气体压强保持不变 D．υ正（H2O）=2υ逆（CO2）

（3）用人工光合作用得到的甲醇、氧气和稀硫酸制作燃料电池，则氧气应通入该燃料电池的________极（填“正”或“负”），通入甲醇的一极的电极反应式为________________。

Answer 1

【答案】热 0.075 mol·L-1 0.03mol·L-1·min-1 CD 正 CH3OH - 6e- + H2O = CO2↑+6H+

【解析】

(1)图中太阳能最终以燃烧热的形式放出，即最终转化为热能。故答案：热；

(2)①将CO2和H2O转化为CH3OH，该反应的化学方程式为：2CO2(g)＋4H2O(g)2CH3OH(g)＋3O2(g)，有表格数据可知4min时化学反应达到平衡。平衡时甲醇的物质的量为0.1mol, O2的物质的量为0.15mol,所以平衡时，氧气的物质的量浓度为c=0.15mol/2L=0.075 molL-1；0～3 min 内甲醇的物质的量变化0.09mol,根据2CO2(g)＋4H2O(g)2CH3OH(g)＋3O2(g)可知，水变化的物质的量为0.18mol, 0～3 min内水的平均反应速率为v=0.18mol /(2L×3min)=0.03molL-1min-1 ；因此，本题正确答案是: 0.075 mol·L-1；0.03mol·L-1·min-1；
②A.无论是否达到平衡状态,生成物的物质的量之比都等于化学计量数之比,即n(CH3OH) ：n(O2)=2 ：3 ,故A错误；
B.因气体的体积以及质量不变,则容器内密度保持不变,不能用于判断是否达到平衡状态,故B错误；
C.反应前后气体的体积不等,容器内压强保持不变,可说明达到平衡状态,故C正确；

D．v正(H2O)=2v逆(CO2),可说明正逆反应速率相等,达到平衡状态,故D正确；
因此，本题正确答案是:CD；
(3)甲醇、氧气和稀硫酸制作燃料电池中，氧气被还原生成水，做电池的正极，甲醇被氧化,做电池的负极 ,其电极方程式为CH3OH - 6e- + H2O = CO2↑+6H+,
因此，本题正确答案是:正; CH3OH - 6e- + H2O = CO2↑+6H+；