Question

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

（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)

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。