Question

4．全球气候变暖已经成为全世界人类面临的重大问题．
（1）地球上的能主要于太阳，绿色植物的光合作用可以大量吸收CO₂以减缓温室效应，主要过程可以描述分为下列三步（用“C₅”表示C₅H₁0O₄，用“C3”表示C₃H₆O₃）：
Ⅰ：H₂O（l）=2H⁺（aq）+$\frac{1}{2}$O₂（g）+2e^-△H=+284kJ/mol
Ⅱ：CO₂（g）+C₅（s）+2H⁺（aq）=2C₃⁺（s）△H=+396kJ/mol
Ⅲ：12C₃+（s）+12e^-=C₆H₁₂O₆（葡萄糖、s）+6C₅（s）+3O₂（g）△H=-1200kJ/mol
写出绿色植物利用水和二氧化碳合成葡萄糖并放出氧气的热化学方程式6CO₂（g）+6H₂O（l）=C₆H₁₂O₆（葡萄糖、s）+6O₂（g）△H=+2880 kJ•mol^-1．
（2）减少温室气体排放的关键是节能减排，大力开发利用燃料电池就可以实现这一目标．如图所示甲烷燃料电池就是将电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定．将其插入KOH溶液，从而达到吸收CO₂的目的．
①通入氧气一极的电极反应式为O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；
②随着电池不断放电，电解质溶液的pH减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．
③通常情况下，甲烷燃料电池的能量利用率大于（填大于、小于或等于）甲烷燃烧的能量利用率．

Answer 1

分析 （1）依据盖斯定律和热化学方程式计算得到所需的热化学方程式，利用热化学方程式的加减消去不需要的物质，注意加减时焓变随之变化；
（2）①甲烷燃料电池中，负极上投放燃料甲烷，发生失电子发生氧化反应，正极上投放氧气，发生得电子的还原反应，总反应是燃料和氧气反应的化学方程式；
②根据电池的总反应确定酸碱性的变化；
③根据能量转化情况来回答．

解答 解：（1）①H₂O（l）=2H⁺（aq）+$\frac{1}{2}$O₂（g）+2e^-△H=+284kJ/mol
②CO₂（g）+C₅（s）+2H⁺（aq）=2C₃⁺（s）△H=+396kJ/mol
③12C₃⁺（s）+12e^-=C₆H₁₂O₆（葡萄糖、s）+6C₅（s）+3O₂（g）△H=-1200kJ/mol，
结合盖斯定律计算（①+②）×6+③得到绿色植物利用水和二氧化碳合成葡萄糖并放出氧气的热化学方程式，
6CO₂（g）+6H₂O（g）=C₆H₁₂O₆（葡萄糖、s）+6O₂（g）△H=[（+284KJ/mol）+（+396KJ/mol）]×6+（-1200KJ/mol）=+2880KJ/mol；
则△H=[（+284KJ/mol）+（+396KJ/mol）]×6+（-1200KJ/mol）=+2880KJ/mol，
即6CO₂（g）+6H₂O（l）=C₆H₁₂O₆（葡萄糖、s）+6O₂（g）△H=+2880 kJ•mol^-1，
故答案为：6CO₂（g）+6H₂O（l）=C₆H₁₂O₆（葡萄糖、s）+6O₂（g）△H=+2880 kJ•mol^-1；
（2）①在碱性溶液中，正极氧气得电子被还原，电极方程式为O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-，故答案为：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；
②燃料电池的总反应是：CH₄+2O₂+2KOH═K₂CO₃+3H₂O，消耗氢氧根离子，所以碱性减弱，pH减小，故答案为：减小；
③甲烷燃烧时要放出热量、光能，所以燃料电池中甲烷的利用率比甲烷燃烧的能量利用率高，故答案为：大于．

点评 本题考查较为综合，涉及热化学、电化学等问题，为高频考点，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，题目难度较大，注意把握电极方程式的书写以及盖斯定律的应用．