Question

【题目】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)在图构想的物质和能量循环中太阳能最终转化为______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(甲醇)，该反应的化学方程式为：2CO2(g)＋4H2O(g) 2CH3OH(g)＋3O2(g)。一定条件下，在2 L密闭容器中进行上述反应，下列能说明该反应已达到平衡状态的是____________(填序号)；

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

C．容器内压强保持不变 D．容器内混合气体密度保持不变

(3)①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______极(填“正”或“负”)，通入氧气一极的电极反应式：_________。

②若用氢氧化钾溶液作电解液制成甲醇燃料电池，其负极的电极反应式为________________。

Answer 1

【答案】热 AC 负 O2＋4H＋＋4e－＝2H2O CH3OH－6e－＋8OH－＝CO32-＋6H2O

【解析】

(1)根据图示分析判断；

(2)达到平衡时正逆反应速率相等，各物质的浓度、含量不变，据此分析判断；

(3)①在燃料电池中，通入燃料甲醇的电极是负极、通入氧气的电极是正极；②若用氢氧化钾溶液作电解液制成甲醇燃料电池，甲醇在负极发生氧化反应生成碳酸钾，据此书写电极反应式。

(1)由图可知，太阳能首先转化为化学能，其次化学能转化为热能，因此在图构想的物质和能量循环中太阳能最终转化为热能，故答案为：热；

(2)A．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)∶(O2)=2∶3，故B错误；

C．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C正确；

D．因容器体积以及气体的质量不变，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D错误；

故答案为：AC；

(3)①甲醇、氧气和稀硫酸制作燃料电池，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；

②若用氢氧化钾溶液作电解液制成甲醇燃料电池，甲醇在负极发生氧化反应生成碳酸钾，电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－＝CO32-＋6H2O，故答案为：CH3OH－6e－＋8OH－＝CO32-＋6H2O。