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C=O斷裂的同時有6個H-H斷裂．
（2）最近有科學(xué)家提出構(gòu)想：把空氣吹入飽和碳酸鉀溶液，然后再把CO₂從溶液中提取出來，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后使之變?yōu)榭稍偕�燃料甲醇．該�?gòu)想技術(shù)流程如圖2：

①向分解池中通入高溫水蒸氣的作用是

 

．
②甲醇可制作燃料電池，寫出以稀硫酸為電解質(zhì)甲醇燃料電池負(fù)極反應(yīng)式

 

．當(dāng)電子轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量為

 

時，參加反應(yīng)的氧氣的體積是6.72L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）．
（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

 

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Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,氧化還原反應(yīng),原電池和電解池的工作原理

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，注意恒壓條件；
（2）①空氣在二氧化碳再吸收池中轉(zhuǎn)化為碳酸氫鉀，合成塔內(nèi)為氫氣與二氧化碳反應(yīng)合成甲醇，所以分解池應(yīng)提供二氧化碳；
②酸性條件下，負(fù)極上甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子和氧氣之間的關(guān)系式計(jì)算；
（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=-

19.6mol

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，說明達(dá)到了平衡狀態(tài)，故d正確；
e．2個C=O斷裂的同時有6個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e錯誤；
故答案為：bd；
（2）①空氣在二氧化碳再吸收池中轉(zhuǎn)化為碳酸氫鉀，合成塔內(nèi)為氫氣與二氧化碳反應(yīng)合成甲醇，所以分解池應(yīng)提供二氧化碳．向分解池中通入高溫水蒸氣的作用是提供高溫環(huán)境使KHCO₃分解，故答案為：提供高溫環(huán)境使KHCO₃分解；
②負(fù)極上甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，根據(jù)氧氣和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式得轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=

6.72L

22.4L/mol

×4=1.2mol，故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；1.2mol；
（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元素的化合價由-1價變?yōu)?價是還原劑，H₂O中H元素的化合價為+1價變?yōu)?價是氧化劑，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+34H₂O．

點(diǎn)評：本題考查較綜合，涉及原電池原理、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)平衡判斷等知識點(diǎn)，側(cè)重考查基本理論，注意：化學(xué)平衡判斷中只有“反應(yīng)前后改變的物理量”才能作為判斷依據(jù)，注意氫化鈣電子式的書寫方式，為易錯點(diǎn)．