Question

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

Answer

（1）＝（2）①D②63%（3）－74.8kJ·mol－1（4）C

【解析】

试题分析：（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，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）①1g CH4完全反应可释放15.46 kJ的热量，则1 mol CH4完全反应放出热量为15.46kJ×16=247.36 kJ，该反应为放热反应，1mol甲烷和1molCO2的总能量和大于2molCO和2molH2的总能量和，答案选D。

②根据题图提供的信息，CH4的转化率＝155.8/247.36 ×100%≈63%。

（3）根据盖斯定律，②＋③－①即得C(s)＋2H2(g)=CH4(g) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1－393.5 kJ·mol－1+890.3 kJ·mol－1=－74.8 kJ·mol－1。

（4）A.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的反应是吸热反应，A项错误；B.使CO2分解生成碳与O2的反应为吸热反应，常温下不能发生，B项错误；C.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；D.将固态碳合成为C60，以C60作为燃料，极不经济合算，D项错误；答案选C。

考点：考查反应热及化学反应中的能量变化。