Question

研究表明丰富的CO₂完全可以作为新碳源，解决当前应用最广泛的碳源（石油和天然气）到本世纪中叶将枯竭的危机，同时又可缓解由CO₂累积所产生的温室效应，实现CO₂的良性循环．
（1）目前工业上有一种方法是用CO₂和H₂在230℃催化剂条件下转化生成甲醇蒸汽和水蒸气．图1表示恒压容器中0.5mol CO₂和1.5mol H₂转化率达80%时的能量变化示意图．

①写出该反应的热化学方程式：

 

．
②能判断该反应达到化学平衡状态的依据是

 

．
a．容器中压强不变   b．H₂的体积分数不变    c．c（H₂）=3c（CH₃OH）  d．容器中密度不变
e．2个C=O断裂的同时有6个H-H断裂．
（2）人工光合作用能够借助太阳能，用CO₂和H₂O制备化学原料．图2是通过人工光合作用制备HCOOH原理的示意图．根据要求回答问题：
①该过程是将

 

转化为

 

．（以上两空选填“电能”“太阳能”“化学能”）
②催化剂b表面的电极反应方程式为

 

．
（3）某国科研人员提出了使用氢气和汽油（汽油化学式用C₈H₁₈表示）混合燃料的方案，以解决汽车CO₂的排放问题．该方案主要利用储氢材料CaH₂产生H₂和用汽油箱贮存汽油供发动机使用，储氢系统又捕集汽油燃烧产生的CO₂，该系统反应如图3所示：
解决如下问题：
①写出CaH₂的电子式

 

．
②反应1中氧化剂与还原剂的物质的量之比是：

 

．
③如该系统反应均进行完全，试写出该系统总反应的化学方程式

 

．

Answer 1

考点：反应热和焓变,化学平衡状态的判断

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）①根据图1可知0.5mol CO₂和1.5mol H₂转化率达80%时放热23-3.4=19.6KJ，然后按比例计算：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的△H得出该反应的热化学方程式；
②化学平衡的标志是正逆反应速率相同，各组分浓度保持不变分析，注意恒压条件；
（2）由图可知，左室投入是水，生成氧气与氢离子，催化剂a表面发生氧化反应，为负极，右室催化剂b表面通入二氧化碳，酸性条件下生成HCOOH，电极反应式为CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH，过程中是光合作用，太阳能转化为化学能；
（3）①CaH₂为离子化合物，其电子式为．
②根据反应1（CaH₂+2H₂O=Ca（OH）₂+2H₂↑）中元素的化合价判断还原剂和氧化剂，再求物质的量之比；
③如该系统反应均进行完全，根据图3可知反应物CaH₂、C₈H₁₈、O₂和生成物CaCO₃、H₂O，根据守恒写出该系统总反应的化学方程式．

解答： 解：（1）①根据图1可知0.5mol CO₂和1.5mol H₂转化率达80%时放热23-3.4=19.6KJ，则该反应的热化学方程式：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-

19.6

80%

×2=-49kJ?mol^-1，故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49 kJ?mol^-1
②a．在恒压容器中压强始终不变，不能证明达到了平衡状态，故a错误；
b．混合气体中 H₂的体积分数不变，说明各组分的体积分数都不变，正逆反应速率，达到了平衡状态，故b正确；
c．c（H₂）=3c（CH₃OH）不能说明达到平衡状态，故c错误；
d．反应两边都是气体，气体总质量不变，恒压条件该容器的容积改变，故气体的密度是变量，当气体的密度不变时，说明达到了平衡状态，故d正确；
e．2个C=O断裂的同时有6个H-H断裂，是同一方向的变化，在任意状态下均成立，不能说明达到平衡状态．
故答案为：bd；
（2）由图可知，左室投入是水，生成氧气与氢离子，催化剂a表面发生氧化反应，为负极，右室催化剂b表面通入二氧化碳，酸性条件下生成HCOOH，电极反应式为CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH，过程中是光合作用，太阳能转化为化学能，故答案为：①太阳能 化学能    ②CO₂+2e^-+2H⁺=HCOOH；
（3）①CaH₂为离子化合物，其电子式为故答案为：．
②因反应1为：CaH₂+2H₂O=Ca（OH）₂+2H₂↑，CaH₂中H元素的化合价由-1价变为0价是还原剂，H₂O中H元素的化合价为+1价变为0价是氧化剂，氧化剂与还原剂的物质的量之比是：2：1，故答案为：2：1．
③如该系统反应均进行完全，根据图3可知反应物CaH₂、C₈H₁₈、O₂和生成物CaCO₃、H₂O，根据守恒写出该系统总反应的化学方程式为：16CaH₂+2C₈H₁₈+41O₂=16CaCO₃+34H₂O．故答案为：16CaH₂+2C₈H₁₈+41O₂=16CaCO₃+34 H₂O．

点评：本题考查较为综合，涉及氧化还原反应、热化学方程式的书写、反应速率、平衡常数、平衡状态的判断以及电化学等知识，题目难度较大．