Question

研究表明豐富的CO₂完全可以作為新碳源，解決當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的碳源（石油和天然氣）到本世紀(jì)中葉將枯竭的危機(jī)，同時(shí)又可緩解由CO₂累積所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)CO₂的良性循環(huán)．
（1）目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂和H₂在230℃催化劑條件下轉(zhuǎn)化生成甲醇蒸汽和水蒸氣．圖1表示恒壓容器中0.5mol CO₂和1.5mol H₂轉(zhuǎn)化率達(dá)80%時(shí)的能量變化示意圖．

①寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：

 

．
②能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是

 

．
a．容器中壓強(qiáng)不變   b．H₂的體積分?jǐn)?shù)不變    c．c（H₂）=3c（CH₃OH）  d．容器中密度不變
e．2個(gè)C=O斷裂的同時(shí)有6個(gè)H-H斷裂．
（2）人工光合作用能夠借助太陽能，用CO₂和H₂O制備化學(xué)原料．圖2是通過人工光合作用制備HCOOH原理的示意圖．根據(jù)要求回答問題：
①該過程是將

 

轉(zhuǎn)化為

 

．（以上兩空選填“電能”“太陽能”“化學(xué)能”）
②催化劑b表面的電極反應(yīng)方程式為

 

．
（3）某國科研人員提出了使用氫氣和汽油（汽油化學(xué)式用C₈H₁₈表示）混合燃料的方案，以解決汽車CO₂的排放問題．該方案主要利用儲氫材料CaH₂產(chǎn)生H₂和用汽油箱貯存汽油供發(fā)動(dòng)機(jī)使用，儲氫系統(tǒng)又捕集汽油燃燒產(chǎn)生的CO₂，該系統(tǒng)反應(yīng)如圖3所示：
解決如下問題：
①寫出CaH₂的電子式

 

．
②反應(yīng)1中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比是：

 

．
③如該系統(tǒng)反應(yīng)均進(jìn)行完全，試寫出該系統(tǒng)總反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：反應(yīng)熱和焓變,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題

分析：（1）①根據(jù)圖1可知0.5mol CO₂和1.5mol H₂轉(zhuǎn)化率達(dá)80%時(shí)放熱23-3.4=19.6KJ，然后按比例計(jì)算：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的△H得出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；
②化學(xué)平衡的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分濃度保持不變分析，注意恒壓條件；
（2）由圖可知，左室投入是水，生成氧氣與氫離子，催化劑a表面發(fā)生氧化反應(yīng)，為負(fù)極，右室催化劑b表面通入二氧化碳，酸性條件下生成HCOOH，電極反應(yīng)式為CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH，過程中是光合作用，太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；
（3）①CaH₂為離子化合物，其電子式為．
②根據(jù)反應(yīng)1（CaH₂+2H₂O=Ca（OH）₂+2H₂↑）中元素的化合價(jià)判斷還原劑和氧化劑，再求物質(zhì)的量之比；
③如該系統(tǒng)反應(yīng)均進(jìn)行完全，根據(jù)圖3可知反應(yīng)物CaH₂、C₈H₁₈、O₂和生成物CaCO₃、H₂O，根據(jù)守恒寫出該系統(tǒng)總反應(yīng)的化學(xué)方程式．

解答： 解：（1）①根據(jù)圖1可知0.5mol CO₂和1.5mol H₂轉(zhuǎn)化率達(dá)80%時(shí)放熱23-3.4=19.6KJ，則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-

19.6

80%

×2=-49kJ?mol^-1，故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49 kJ?mol^-1
②a．在恒壓容器中壓強(qiáng)始終不變，不能證明達(dá)到了平衡狀態(tài)，故a錯(cuò)誤；
b．混合氣體中 H₂的體積分?jǐn)?shù)不變，說明各組分的體積分?jǐn)?shù)都不變，正逆反應(yīng)速率，達(dá)到了平衡狀態(tài)，故b正確；
c．c（H₂）=3c（CH₃OH）不能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；
d．反應(yīng)兩邊都是氣體，氣體總質(zhì)量不變，恒壓條件該容器的容積改變，故氣體的密度是變量，當(dāng)氣體的密度不變時(shí)，說明達(dá)到了平衡狀態(tài)，故d正確；
e．2個(gè)C=O斷裂的同時(shí)有6個(gè)H-H斷裂，是同一方向的變化，在任意狀態(tài)下均成立，不能說明達(dá)到平衡狀態(tài)．
故答案為：bd；
（2）由圖可知，左室投入是水，生成氧氣與氫離子，催化劑a表面發(fā)生氧化反應(yīng)，為負(fù)極，右室催化劑b表面通入二氧化碳，酸性條件下生成HCOOH，電極反應(yīng)式為CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH，過程中是光合作用，太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，故答案為：①太陽能 化學(xué)能    ②CO₂+2e^-+2H⁺=HCOOH；
（3）①CaH₂為離子化合物，其電子式為故答案為：．
②因反應(yīng)1為：CaH₂+2H₂O=Ca（OH）₂+2H₂↑，CaH₂中H元素的化合價(jià)由-1價(jià)變?yōu)?價(jià)是還原劑，H₂O中H元素的化合價(jià)為+1價(jià)變?yōu)?價(jià)是氧化劑，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比是：2：1，故答案為：2：1．
③如該系統(tǒng)反應(yīng)均進(jìn)行完全，根據(jù)圖3可知反應(yīng)物CaH₂、C₈H₁₈、O₂和生成物CaCO₃、H₂O，根據(jù)守恒寫出該系統(tǒng)總反應(yīng)的化學(xué)方程式為：16CaH₂+2C₈H₁₈+41O₂=16CaCO₃+34H₂O．故答案為：16CaH₂+2C₈H₁₈+41O₂=16CaCO₃+34 H₂O．

點(diǎn)評：本題考查較為綜合，涉及氧化還原反應(yīng)、熱化學(xué)方程式的書寫、反應(yīng)速率、平衡常數(shù)、平衡狀態(tài)的判斷以及電化學(xué)等知識，題目難度較大．