Question

【題目】研究表明豐富的CO2完全可以作為新碳源，解決當前應用最廣泛的碳源(石油和天然氣)到本世紀中葉將枯竭的危機，同時又可緩解由CO2累積所產生的溫室效應，實現CO2的良性循環。

（1）目前工業上有一種方法是用CO2和H2在230℃催化劑條件下轉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轉化率達80%時的能量變化示意圖。

①寫出該反應的熱化學方程式： 。

②能判斷該反應達到化學平衡狀態的依據是 。

a．容器中壓強不變 b．H2的體積分數不變

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）人工光合作用能夠借助太陽能，用CO2和H2O制備化學原料．下圖是通過人工光合作用制備HCOOH原理的示意圖。根據要求回答問題：

①該過程是將 轉化為 。(以上兩空選填“電能”“太陽能”“化學能”)

②催化劑b表面的電極反應方程式為 。

（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產生H2和用汽油箱貯存汽油供發動機使用，儲氫系統又捕集汽油燃燒產生的CO2，該系統反應如下圖所示：

解決如下問題：

①寫出CaH2的電子式 。

②反應1中氧化劑與還原劑的物質的量之比是： 。

③如該系統反應均進行完全，試寫出該系統總反應的化學方程式 。

Answer 1

【答案】

（1）①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H =－49 kJ·mol-1(3分))②bd (2分，多選錯選0分，漏選1個給1分)

（2）①太陽能 化學能(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】

試題分析：（1）①由所給能量變化示意圖可知，1mol CO2和3molH2轉化率達100%時放出熱量49kJ，所以該反應的熱化學方程式為：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H =－49 kJ·mol-1

②a、該反應是在恒壓容器中進行，所以壓強始終不變，不能判斷該反應達到化學平衡狀態，錯誤；b、達平衡時，各物質的含量都不再改變，氫氣的體積分數恒定，可以判斷該反應達到化學平衡狀態，正確c、平衡時，氫氣和甲醇的濃度不一定具備化學計量數的比例關系，不能判斷該反應達到化學平衡狀態，錯誤；d、由于該反應是反應前后氣體的物質的量改變的反應，當壓強不變時，容器體積在減小，密度增大，當平衡時氣體密度不再增大，保持不變，能判斷該反應達到化學平衡狀態，正確；e、反應的任何狀態時都有2個C＝O斷裂的同時有6個H－H斷裂，不能判斷該反應達到化學平衡狀態，錯誤，答案選bd；

（2）①該圖是利用太陽能將二氧化碳轉化為HCOOH，所以是把太陽能轉化為化學能；②根據電子的流動方向，催化劑b相當于原電池的正極，發生還原反應，所以發生的反應為CO2+2e－+2H+=HCOOH；

（3）①CaH2是離子化合物，其電子式為；

②反應1是CaH2與H2O反應生成氫氧化鈣和氫氣，反應中CaH2作還原劑，水作氧化劑，可寫出發生的化學方程式CaH2+2H2O=Ca(OH)2+H2↑，所以氧化劑與還原劑的物質的量之比是2:1；

③由反應的流程圖可知，最終產物是CaCO3 、H2O。反應1生成的氫氣與氧氣反應生成水，汽油與氧氣反應生成二氧化碳和水，其中二氧化碳用于和反應1產生的氫氧化鈣的反應，將發生反應的化學方程式疊加，消去中間產物二氧化碳、氫氣、氫氧化鈣，最后的產物只有水和碳酸鈣，所以總反應方程式為16CaH2+ 2C8H18+41O2=16CaCO3+34H2O。