Question

15．CH₄、H₂、C都是优质的能源物质，它们燃烧的热化学方程式为：
①2CH₄（g）+4O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-890.3kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
③C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5Kj•mol^-1

（1）在深海中存在一种甲烷细菌，它们依靠酶使甲烷气体与O₂作用而产生的能量存活，甲烷细菌使1mol甲烷生成CO₂气体与液态水，放出的能量=（填“＞”、“＜”或“=”）890.3kJ．
（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+2H₂，1g CH₄完全反应可释放15.46kJ的热量，则：
①图1（所有物质均为气态）能表示该反应过程中能量变化的是D（填字母）．
②若将物质的量均为1mol的CH₄与CO₂充入某恒容密闭容器中，体系放出的热量随时间的变化如图2所示，则CH₄的转化率为63%．
（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△H=-74.8kJ•mol^-1．
（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C（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．将固态碳合成为C₆₀，以C₆₀作为燃料
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）

Answer 1

分析 （1）CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890，.3kJ•mol^-1，得到甲烷细菌使1mol甲烷生成CO₂气体与液态水放出的热量；
（2）①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+2H₂，1g CH₄完全反应可释放15.46kJ的热量，计算1mol甲烷完全反应放出的热量，反应为放热反应，据此分析图象判断；
②依据①计算得到的反应的焓变，图中中是反应达到平衡状态时放热155.8KJ，计算反应的甲烷得到转化率；
（3）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）；△H₁=-890.3kJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
③C（s）+O₂（g）=CO₂（g）；△H₂=-393.5kJ/mol
反应C（石墨，s）+2H₂（g）=CH₄（g）可以是②+③-①得到，由此分析解答；
（4）A．CO₂与H₂O反应生成CH₄和O₂，为吸热反应；
B．将固态碳合成C₆₀，以C₆₀作燃料，产物相同；
C．大气中的CO₂和海底开采的CH₄合成合成气（CO、H₂），具有可行性；

解答 解：（1）CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890，.3kJ•mol^-1，得到甲烷细菌使1mol甲烷生成CO₂气体与液态水放出的热量等于890，.3kJ•mol^-1，
故答案为：=；
（2）①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+2H₂，1g CH₄完全反应可释放15.46kJ的热量，计算1mol甲烷完全反应放出的热量=15.46KJ×16=247.36KJ，反应焓变△H=-247.36KJ/mol，反应为放热反应，反应物能量高于生成物，反应的热化学方程式为：CH_4（g）+CO_2（g）═2CO（g）+2H_2（g），△H=-247.36KJ/mol，符合能量变化的图象只有D符合，
故答案为：D；  
 ②反应的热化学方程式为：CH_4（g）+CO_2（g）═2CO（g）+2H_2（g），△H=-247.36KJ/mol，图象可知反应达到平衡状态放出热量155.80KJ，则反应的甲烷物质的量=$\frac{155.80KJ}{247.36KJ/mol}$=0.63mol，甲烷转化率为63%，
故答案为：63%；
（3）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）；△H₁=-890.3kJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
③C（s）+O₂（g）=CO₂（g）；△H₂=-393.5kJ/mol
盖斯定律计算，②+③-①得到，反应C（石墨，s）+2H₂（g）=CH₄（g）△H=-74.8 kJ•mol^-1，
故答案为：-74.8 kJ•mol^-1；
（4）A．甲烷与氧气的反应为放热反应，可知CO₂与H₂O反应生成CH₄和O₂为吸热反应，故A错误；
B．将固态碳合成C₆₀，以C₆₀作燃料，产物相同，研究方向不可行，故B错误；
C．大气中的CO₂和海底开采的CH₄合成合成气（CO、H₂），具有可行性，利用优质催化剂、太阳能实现转化，故C正确；
故选C．
故答案为：C；

点评 本题考查了热化学方程式书写、盖斯定律计算、反应热与能源，为高频考点，把握物质的性质、反应中的能量变化、化学研究等为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，注意化学研究方案的可行性分析，题目难度中等．