Question

4．全球氣候變暖已經成為全世界人類面臨的重大問題．
（1）地球上的能主要于太陽，綠色植物的光合作用可以大量吸收CO₂以減緩溫室效應，主要過程可以描述分為下列三步（用“C₅”表示C₅H₁0O₄，用“C3”表示C₃H₆O₃）：
Ⅰ：H₂O（l）=2H⁺（aq）+$\frac{1}{2}$O₂（g）+2e^-△H=+284kJ/mol
Ⅱ：CO₂（g）+C₅（s）+2H⁺（aq）=2C₃⁺（s）△H=+396kJ/mol
Ⅲ：12C₃+（s）+12e^-=C₆H₁₂O₆（葡萄糖、s）+6C₅（s）+3O₂（g）△H=-1200kJ/mol
寫出綠色植物利用水和二氧化碳合成葡萄糖并放出氧氣的熱化學方程式6CO₂（g）+6H₂O（l）=C₆H₁₂O₆（葡萄糖、s）+6O₂（g）△H=+2880 kJ•mol^-1．
（2）減少溫室氣體排放的關鍵是節能減排，大力開發利用燃料電池就可以實現這一目標．如圖所示甲烷燃料電池就是將電極表面鍍一層細小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強，性質穩定．將其插入KOH溶液，從而達到吸收CO₂的目的．
①通入氧氣一極的電極反應式為O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；
②隨著電池不斷放電，電解質溶液的pH減小（填“增大”、“減小”或“不變”）．
③通常情況下，甲烷燃料電池的能量利用率大于（填大于、小于或等于）甲烷燃燒的能量利用率．

Answer 1

分析 （1）依據蓋斯定律和熱化學方程式計算得到所需的熱化學方程式，利用熱化學方程式的加減消去不需要的物質，注意加減時焓變隨之變化；
（2）①甲烷燃料電池中，負極上投放燃料甲烷，發生失電子發生氧化反應，正極上投放氧氣，發生得電子的還原反應，總反應是燃料和氧氣反應的化學方程式；
②根據電池的總反應確定酸堿性的變化；
③根據能量轉化情況來回答．

解答 解：（1）①H₂O（l）=2H⁺（aq）+$\frac{1}{2}$O₂（g）+2e^-△H=+284kJ/mol
②CO₂（g）+C₅（s）+2H⁺（aq）=2C₃⁺（s）△H=+396kJ/mol
③12C₃⁺（s）+12e^-=C₆H₁₂O₆（葡萄糖、s）+6C₅（s）+3O₂（g）△H=-1200kJ/mol，
結合蓋斯定律計算（①+②）×6+③得到綠色植物利用水和二氧化碳合成葡萄糖并放出氧氣的熱化學方程式，
6CO₂（g）+6H₂O（g）=C₆H₁₂O₆（葡萄糖、s）+6O₂（g）△H=[（+284KJ/mol）+（+396KJ/mol）]×6+（-1200KJ/mol）=+2880KJ/mol；
則△H=[（+284KJ/mol）+（+396KJ/mol）]×6+（-1200KJ/mol）=+2880KJ/mol，
即6CO₂（g）+6H₂O（l）=C₆H₁₂O₆（葡萄糖、s）+6O₂（g）△H=+2880 kJ•mol^-1，
故答案為：6CO₂（g）+6H₂O（l）=C₆H₁₂O₆（葡萄糖、s）+6O₂（g）△H=+2880 kJ•mol^-1；
（2）①在堿性溶液中，正極氧氣得電子被還原，電極方程式為O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-，故答案為：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；
②燃料電池的總反應是：CH₄+2O₂+2KOH═K₂CO₃+3H₂O，消耗氫氧根離子，所以堿性減弱，pH減小，故答案為：減小；
③甲烷燃燒時要放出熱量、光能，所以燃料電池中甲烷的利用率比甲烷燃燒的能量利用率高，故答案為：大于．

點評 本題考查較為綜合，涉及熱化學、電化學等問題，為高頻考點，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，題目難度較大，注意把握電極方程式的書寫以及蓋斯定律的應用．