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。下图表示恒压容器中0.5 mol CO₂和1.5 mol 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．下图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，该系统反应如下图所示：

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）①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H =－49 kJ·mol-1(3分))②bd (2分，多选错选0分，漏选1个给1分)

（2）①太阳能 化学能(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)

【解析】

试题分析：（1）①由所给能量变化示意图可知，1mol CO2和3molH2转化率达100%时放出热量49kJ，所以该反应的热化学方程式为：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H =－49 kJ·mol-1

②a、该反应是在恒压容器中进行，所以压强始终不变，不能判断该反应达到化学平衡状态，错误；b、达平衡时，各物质的含量都不再改变，氢气的体积分数恒定，可以判断该反应达到化学平衡状态，正确c、平衡时，氢气和甲醇的浓度不一定具备化学计量数的比例关系，不能判断该反应达到化学平衡状态，错误；d、由于该反应是反应前后气体的物质的量改变的反应，当压强不变时，容器体积在减小，密度增大，当平衡时气体密度不再增大，保持不变，能判断该反应达到化学平衡状态，正确；e、反应的任何状态时都有2个C＝O断裂的同时有6个H－H断裂，不能判断该反应达到化学平衡状态，错误，答案选bd；

（2）①该图是利用太阳能将二氧化碳转化为HCOOH，所以是把太阳能转化为化学能；②根据电子的流动方向，催化剂b相当于原电池的正极，发生还原反应，所以发生的反应为CO2+2e－+2H+=HCOOH；

（3）①CaH2是离子化合物，其电子式为；

②反应1是CaH2与H2O反应生成氢氧化钙和氢气，反应中CaH2作还原剂，水作氧化剂，可写出发生的化学方程式CaH2+2H2O=Ca(OH)2+H2↑，所以氧化剂与还原剂的物质的量之比是2:1；

③由反应的流程图可知，最终产物是CaCO3 、H2O。反应1生成的氢气与氧气反应生成水，汽油与氧气反应生成二氧化碳和水，其中二氧化碳用于和反应1产生的氢氧化钙的反应，将发生反应的化学方程式叠加，消去中间产物二氧化碳、氢气、氢氧化钙，最后的产物只有水和碳酸钙，所以总反应方程式为16CaH2+ 2C8H18+41O2=16CaCO3+34H2O。

考点：考查热化学方程式、电子式、电极反应式的书写，化学平衡的判断，能量转化的判断，方程式叠加法的应用