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2L密闭容器中进行上述反应，测得n(CH3OH)随时间的变化如表所示：

时间/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分别表示0～3min内该反应的平均反应速率为___mol/(L·min)-1、____mol/(L·min)-1；

②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）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”），完成并配平通入氧气一极的电极反应式：___。

Answer 1

【答案】热 0.015 0.03 AC 负 O2+4H++4e-=2H2O

【解析】

(1)根据图示，光合作用下生成燃料，然后燃料燃烧释放出热量；

(2)①根据v=及速率之比等于化学计量数之比计算反应速率；②根据达到平衡时，正、逆反应速率相等，各物质的浓度、含量不变分析判断；

(3)在燃料电池中，通入燃料的电极是负极、通入氧气的电极是正极，据此分析解答。

(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，故答案为：热；

(2)①0～3min内甲醇的物质的量变化0.090mol，则v(CH3OH)==0.015molL-1min-1，同一反应中化学反应速率与化学计量数成正比，v(H2O)=0.015molL-1min-1×2=0.03molL-1min-1，故答案为：0.015；0.03；

②A．v正(H2O)=2v逆(CO2)，表示正、逆反应速率相等，说明反应达到平衡状态，故A正确；B．无论反应是否达到平衡状态，生成物的物质的量之比都等于化学计量数之比，即n(CH3OH)∶n(O2)=2∶3，不能说明反应达到平衡状态，故B错误；C．该反应前后气体的体积不等，容器内气体的压强为变量，压强保持不变，说明反应达到平衡状态，故C正确；D．因气体的体积和质量不变，则容器内密度始终保持不变，不能用于判断是否达到平衡状态，故D错误；故答案为：AC；

(3)用人工光合作用得到的甲醇、氧气和稀硫酸制作燃料电池，反应中甲醇被氧化，通入甲醇的电极为电池的负极，通入氧气的电极为正极，正极发生还原反应，氧气被还原生成水，电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O，故答案为：负；O2+4H++4e-=2H2O。