题目内容
CH4、H2、C都是优质的能源物质，它们燃烧的热化学方程式为：
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)在深海中存在一种甲烷细菌，它们依靠酶使甲烷与O2作用产生的能量存活，甲烷细菌使1 mol甲烷生成CO2气体与液态水，放出的能量________(填“＞”“＜”或“＝”)890.3 kJ。
(2)甲烷与CO2可用于合成合成气(主要成分是一氧化碳和氢气)：CH4＋CO2=2CO＋2H2，1 g CH4完全反应可释放15.46 kJ的热量，则：
①下图能表示该反应过程中能量变化的是________(填字母)。
②若将物质的量均为1 mol的CH4与CO2充入某恒容密闭容器中，体系放出的热量随着时间的变化如图所示，则CH4的转化率为________。
(3)C(s)与H2(g)不反应，所以C(s)＋2H2(g)=CH4(g)的反应热无法直接测量，但通过上述反应可求出，C(s)＋2H2(g)=CH4(g)的反应热ΔH＝________。
(4)目前对于上述三种物质的研究是燃料研究的重点，下列关于上述三种物质的研究方向中可行的是________(填字母)。
A．寻找优质催化剂，使CO2与H2O反应生成CH4与O2，并放出热量
B．寻找优质催化剂，在常温常压下使CO2分解生成碳与O2
C．寻找优质催化剂，利用太阳能使大气中的CO2与海底开采的CH4合成合成气(CO、H2)
D．将固态碳合成为C60，以C60作为燃料
(1)＝ (2)①D ②63% (3)－74.8 kJ·mol－1 (4)C
【解析】(1)给定反应的反应热只取决于反应物和生成物的多少和状态，与中间过程无关，故甲烷细菌使1 mol甲烷生成CO2气体与液态水，放出的能量仍等于890.3 kJ。
(2)①1 g CH4完全反应释放15.46 kJ的热量，则1 mol CH4完全反应放出热量为247.36 kJ，故D图符合题意；②CH4的转化率＝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，则CO2与H2O反应生成CH4与O2的反应吸热，故A项不正确；使CO2分解生成碳与O2的反应为吸热反应，常温下不能发生，故B项不正确；利用太阳能使大气中的CO2与海底开采的CH4合成合成气(CO、H2)是合理的，C项正确；将固态碳合成为C60，以C60作为燃料，极不经济合算，故D项不正确
超能学典应用题题卡系列答案
碳及其化合物有广泛的用途。
(1)将水蒸气通过红热的碳即可产生水煤气。反应为
C(s)＋H2O(g)
CO(g)＋H2(g) ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1，
以上反应达到平衡后，在体积不变的条件下，以下措施有利于提高H2O的平衡转化率的是________。(填序号)
A．升高温度 B．增加碳的用量 C．加入催化剂 D．用CO吸收剂除去CO
(2)已知：C(s)＋CO2(g)2CO(g) ΔH＝＋172.5 kJ·mol－1，则CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的焓变ΔH＝________。
(3)CO与H2在一定条件下可反应生成甲醇：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。甲醇是一种燃料，可利用甲醇设计一个燃料电池，用稀硫酸作电解质溶液，多孔石墨作电极，该电池负极反应式为__________________________________。
若用该电池提供的电能电解60 mL NaCl溶液，设有0.01 mol CH3OH完全放电，NaCl足量，且电解产生的Cl2全部逸出，电解前后忽略溶液体积的变化，则电解结束后所得溶液的pH＝________。
(4)将一定量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2.0 L的恒容密闭容器中，发生以下反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)。得到如下数据：
温度/℃ | 起始量/mol | 平衡量/mol | 达到平衡所需时间/min | ||
H2O | CO | H2 | CO |
| |
900 | 1.0 | 2.0 | 0.4 | 1.6 | 3.0 |
通过计算求出该反应的平衡常数(结果保留两位有效数字)________。改变反应的某一条件，反应进行到t min时，测得混合气体中CO2的物质的量为0.6 mol。若用200 mL 5 mol/L的NaOH溶液将其完全吸收，反应的离子方程式为(用一个离子方程式表示)__________________________
(5)工业生产是把水煤气中的混合气体经过处理后获得的较纯H2用于合成氨。合成氨反应原理为N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。实验室模拟化工生产，分别在不同实验条件下反应，N2浓度随时间变化如图甲所示。
请回答下列问题：
①与实验Ⅰ比较，实验Ⅱ改变的条件为________________________________。
②实验Ⅲ比实验Ⅰ的温度要高，其他条件相同，请在图乙中画出实验Ⅰ和实验Ⅲ中NH3浓度随时间变化的示意图。
有一种白色粉末，含有下列阴离子和阳离子中的几种。
阴离子：S2－、Cl－、NO3—、SO42—、CO32—、HCO3—、MnO4—。
阳离子：Na＋、Mg2＋、Al3＋、Ba2＋、Fe2＋、Fe3＋、Cu2＋、NH4+。
将该白色粉末进行下列实验，观察到的现象如下：
实验操作 | 现象 |
a.取少量粉末，加水、振荡 | 全部溶解、 |
溶液无色透明 |
|
b.向所得溶液中慢慢滴入苛性钠溶液，并加热 | 无明显现象 |
c.取少量粉末，加盐酸 | 无明显现象 |
d.取少量粉末，加稀H2SO4和稀HNO3的混合液 | 有白色沉淀生成 |
根据实验推断：
(1)从a实验中，可推断粉末中不可能有______________(填离子符号，下同)。
(2)从b实验中，可推断粉末中不可能有_____________________________________。
(3)从c实验中，可推断粉末中不可能有________________________________。
(4)从d实验中，可推断粉末中不可能有________，一定含有________。
(5)以上各实验仍无法确定是否存在的离子是____________。
