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＝－890.3kJ·mol^－1

②2H₂(g)＋O₂(g)=2H₂O(l) ΔH＝－571.6kJ·mol^－1

③C(s)＋O₂(g)=CO₂(g) ΔH＝－393.5kJ·mol^－1

（1）在深海中存在一种甲烷细菌，它们依靠酶使甲烷与O₂作用产生的能量存活，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可用于合成水煤气(主要成分是一氧化碳和氢气)：CH₄＋CO₂=2CO＋2H₂，1gCH₄完全反应可释放15.46kJ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1mol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合成水煤气(CO、H₂)

D．将固态碳合成为C₆₀，以C₆₀作为燃料

Answer

＝ D 63% －74.8kJ·mol－1 C

【解析】

（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）CO2与H2O反应生成CH4与O2的反应吸热，故A项不正确；使CO2分解生成碳与O2的反应为吸热反应，常温下不能发生，故B项不正确；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；将固态碳合成为C60，以C60作为燃料，极不经济合算，故D项不正确。

(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，故甲烷细菌使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)①1 g CH4完全反应释放15.46 kJ的热量，则1 mol CH4完全反应放出热量为247.36 kJ，故D图符合题意；②CH4的转化率＝155.8/247.36 ×100%≈63%。(3)②＋③－①即得C(s)＋2H2(g)=CH4(g) ΔH＝－74.8 kJ·mol－1。(4)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的反应吸热，故A项不正确；使CO2分解生成碳与O2的反应为吸热反应，常温下不能发生，故B项不正确；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；将固态碳合成为C60，以C60作为燃料，极不经济合算，故D项不正确，故选C。