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。下圖表示恒壓容器中0.5 mol CO₂和1.5 mol H₂轉(zhuǎn)化率達(dá)80%時(shí)的能量變化示意圖。

①寫(xiě)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(yáng)能，用CO₂和H₂O制備化學(xué)原料．下圖是通過(guò)人工光合作用制備HCOOH原理的示意圖。根據(jù)要求回答問(wèn)題：

①該過(guò)程是將           轉(zhuǎn)化為           。(以上兩空選填“電能”“太陽(yáng)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(guó)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(chē)CO₂的排放問(wèn)題。該方案主要利用儲(chǔ)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(chǔ)氫系統(tǒng)又捕集汽油燃燒產(chǎn)生的CO₂，該系統(tǒng)反應(yīng)如下圖所示：

解決如下問(wèn)題：
①寫(xiě)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(xiě)出該系統(tǒng)總反應(yīng)的化學(xué)方程式                。

Answer 1

（1）①CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g) △H =－49 kJ·mol^-1(3分))②bd (2分，多選錯(cuò)選0分，漏選1個(gè)給1分)
（2）①太陽(yáng)能 化學(xué)能(各1分)   ②CO₂+2e^－+2H⁺=HCOOH(2分)
（3）①(2分)
②2：1  (2分)   ③16CaH₂+ 2C₈H₁₈+41O₂=16CaCO₃+34 H₂O(2分)

試題分析：（1）①由所給能量變化示意圖可知，1mol CO₂和3molH₂轉(zhuǎn)化率達(dá)100%時(shí)放出熱量49kJ，所以該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g) △H =－49 kJ·mol^-1
②a、該反應(yīng)是在恒壓容器中進(jìn)行，所以壓強(qiáng)始終不變，不能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，錯(cuò)誤；b、達(dá)平衡時(shí)，各物質(zhì)的含量都不再改變，氫氣的體積分?jǐn)?shù)恒定，可以判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，正確c、平衡時(shí)，氫氣和甲醇的濃度不一定具備化學(xué)計(jì)量數(shù)的比例關(guān)系，不能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，錯(cuò)誤；d、由于該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量改變的反應(yīng)，當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，容器體積在減小，密度增大，當(dāng)平衡時(shí)氣體密度不再增大，保持不變，能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，正確；e、反應(yīng)的任何狀態(tài)時(shí)都有2個(gè)C＝O斷裂的同時(shí)有6個(gè)H－H斷裂，不能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，錯(cuò)誤，答案選bd；
（2）①該圖是利用太陽(yáng)能將二氧化碳轉(zhuǎn)化為HCOOH，所以是把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；②根據(jù)電子的流動(dòng)方向，催化劑b相當(dāng)于原電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)，所以發(fā)生的反應(yīng)為CO₂+2e^－+2H⁺=HCOOH；
（3）①CaH₂是離子化合物，其電子式為；
②反應(yīng)1是CaH₂與H₂O反應(yīng)生成氫氧化鈣和氫氣，反應(yīng)中CaH₂作還原劑，水作氧化劑，可寫(xiě)出發(fā)生的化學(xué)方程式CaH₂+2H₂O=Ca(OH)₂+H₂↑，所以氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比是2:1；
③由反應(yīng)的流程圖可知，最終產(chǎn)物是CaCO₃、H₂O。反應(yīng)1生成的氫氣與氧氣反應(yīng)生成水，汽油與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳和水，其中二氧化碳用于和反應(yīng)1產(chǎn)生的氫氧化鈣的反應(yīng)，將發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式疊加，消去中間產(chǎn)物二氧化碳、氫氣、氫氧化鈣，最后的產(chǎn)物只有水和碳酸鈣，所以總反應(yīng)方程式為16CaH₂+ 2C₈H₁₈+41O₂=16CaCO₃+34H₂O。