Question

13．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热能．
（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）$?_{光照}^{催化剂}$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用CH₃OH表示0～3min内该反应的平均反应速率为0.015mol•L^-1•min^-1．
②能说明该反应已达到平衡状态的是ad．
a．v_正（H₂O）=2v_逆（CO₂）
b．n（CH₃OH）：n（O₂）=2：3
c．容器内密度保持不变
d．容器内压强保持不变
（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，则甲醇应通入该燃料电池的负极（填“正”或“负”），通入氧气的一极的电极反应式为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．

Answer 1

分析 （1）光合作用下生成燃料，燃料燃烧释放出能量；
（2）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算；
②达到平衡时正逆反应速率相等，各物质的浓度、含量不变；
（3）该原电池中，通入甲醇的电极是负极、通入氧气的电极是正极．

解答 解：（1）由据图可知，太阳能首先转化为化学能，其次化学能转化为热能，故答案为：热；
（2）①0～3min内甲醇的物质的量变化0.090mol，则v=$\frac{\frac{0.09mol}{2L}}{3min}$=0.015mol•L^-1•min^-1，
故答案为：0.015mol•L^-1•min^-1；
②a．v_正（H₂O）=2v_逆（CO₂），可说明正逆反应速率相等，达到平衡状态，故a正确；
b．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b错误；
c．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c错误；
d．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d正确．
故答案为：ad；
（3）反应中甲醇被氧化，应为电池的负极，正极发生还原反应，氧气被还原生成水，电极方程式为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
故答案为：负；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．

点评 本题考查化学反应与能量变化、化学平衡的相关计算以及原电池知识，为高频考点，侧重于学生的分析能力的考查，题目有利于培养学生良好的科学素养，提高学习的积极性，注意相关基础知识的积累．