Question

【題目】如圖所示的過程是目前直接利用太陽能的研究熱點。人們把通過人工光化學手段合成燃料的過程叫做人工光合作用。

（1）在圖構(gòu)想的物質(zhì)和能量循環(huán)中太陽能最終轉(zhuǎn)化為___能；

（2）人工光合作用的途徑之一就是在催化劑和光照條件下，將CO2和H2O轉(zhuǎn)化為CH3OH(甲醇)，該反應(yīng)的化學方程式為：2CO2(g)+4H2O(g) 2CH3OH(g)+3O2(g)。

一定條件下，在2L密閉容器中進行上述反應(yīng)，測得n(CH3OH)隨時間的變化如表所示：

時間/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

用CH3OH、H2O分別表示0～3min內(nèi)該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率為___mol/(L·min)-1、____mol/(L·min)-1；

②能說明該反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)的是___(填序號)；

A.v正(H2O)=2v逆(CO2) B.n(CH3OH)∶n(O2)=2∶3

C.容器內(nèi)壓強保持不變 D.容器內(nèi)混合氣體密度保持不變

（3）用人工光合作用得到的甲醇、氧氣和稀硫酸制作燃料電池，則甲醇應(yīng)通入該燃料電池的____極（填“正”或“負”），完成并配平通入氧氣一極的電極反應(yīng)式：___。

Answer 1

【答案】熱 0.015 0.03 AC 負 O2+4H++4e-=2H2O

【解析】

(1)根據(jù)圖示，光合作用下生成燃料，然后燃料燃燒釋放出熱量；

(2)①根據(jù)v=及速率之比等于化學計量數(shù)之比計算反應(yīng)速率；②根據(jù)達到平衡時，正、逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、含量不變分析判斷；

(3)在燃料電池中，通入燃料的電極是負極、通入氧氣的電極是正極，據(jù)此分析解答。

(1)由圖可知，太陽能首先轉(zhuǎn)化為化學能，其次化學能轉(zhuǎn)化為熱能，故答案為：熱；

(2)①0～3min內(nèi)甲醇的物質(zhì)的量變化0.090mol，則v(CH3OH)==0.015molL-1min-1，同一反應(yīng)中化學反應(yīng)速率與化學計量數(shù)成正比，v(H2O)=0.015molL-1min-1×2=0.03molL-1min-1，故答案為：0.015；0.03；

②A．v正(H2O)=2v逆(CO2)，表示正、逆反應(yīng)速率相等，說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故A正確；B．無論反應(yīng)是否達到平衡狀態(tài)，生成物的物質(zhì)的量之比都等于化學計量數(shù)之比，即n(CH3OH)∶n(O2)=2∶3，不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故B錯誤；C．該反應(yīng)前后氣體的體積不等，容器內(nèi)氣體的壓強為變量，壓強保持不變，說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故C正確；D．因氣體的體積和質(zhì)量不變，則容器內(nèi)密度始終保持不變，不能用于判斷是否達到平衡狀態(tài)，故D錯誤；故答案為：AC；

(3)用人工光合作用得到的甲醇、氧氣和稀硫酸制作燃料電池，反應(yīng)中甲醇被氧化，通入甲醇的電極為電池的負極，通入氧氣的電極為正極，正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣被還原生成水，電極反應(yīng)式為O2+4H++4e-=2H2O，故答案為：負；O2+4H++4e-=2H2O。