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．图1表示恒压容器中0.5mol CO₂和1.5mol 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）最近有科学家提出构想：把空气吹入饱和碳酸钾溶液，然后再把CO₂从溶液中提取出来，经化学反应后使之变为可再生燃料甲醇．该构想技术流程如图2：

①向分解池中通入高温水蒸气的作用是

 

．
②甲醇可制作燃料电池，写出以稀硫酸为电解质甲醇燃料电池负极反应式

 

．当电子转移的物质的量为

 

时，参加反应的氧气的体积是6.72L（标准状况下）．
（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，该系统反应如图3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

考点：化学平衡状态的判断,氧化还原反应,原电池和电解池的工作原理

专题：

分析：（1）①根据图1可知0.5mol CO₂和1.5mol H₂转化率达80%时放热23-3.4=19.6KJ，然后按比例计算：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的△H得出该反应的热化学方程式；
②化学平衡的标志是正逆反应速率相同，各组分浓度保持不变，注意恒压条件；
（2）①空气在二氧化碳再吸收池中转化为碳酸氢钾，合成塔内为氢气与二氧化碳反应合成甲醇，所以分解池应提供二氧化碳；
②酸性条件下，负极上甲醇失电子发生氧化反应，正极上氧气得电子发生还原反应，根据转移电子和氧气之间的关系式计算；
（3）①CaH₂为离子化合物，其电子式为；
②根据反应1（CaH₂+2H₂O=Ca（OH）₂+2H₂↑）中元素的化合价判断还原剂和氧化剂，再求物质的量之比；
③如该系统反应均进行完全，根据图3可知反应物CaH₂、C₈H₁₈、O₂和生成物CaCO₃、H₂O，根据守恒写出该系统总反应的化学方程式．

解答： 解：（1）①根据图1可知0.5mol CO₂和1.5mol H₂转化率达80%时放热23-3.4=19.6KJ，则该反应的热化学方程式：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-

19.6mol

80%

×2=-49kJ?mol^-1，故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49 kJ?mol^-1；
②a．在恒压容器中压强始终不变，不能证明达到了平衡状态，故a错误；
b．混合气体中 H₂的体积分数不变，说明各组分的体积分数都不变，正逆反应速率，达到了平衡状态，故b正确；
c．c（H₂）=3c（CH₃OH）不能说明达到平衡状态，故c错误；
d．反应两边都是气体，气体总质量不变，恒压条件该容器的容积改变，故气体的密度是变量，当气体的密度不变时，说明达到了平衡状态，故d正确；
e．2个C=O断裂的同时有6个H-H断裂，是同一方向的变化，在任意状态下均成立，不能说明达到平衡状态，故e错误；
故答案为：bd；
（2）①空气在二氧化碳再吸收池中转化为碳酸氢钾，合成塔内为氢气与二氧化碳反应合成甲醇，所以分解池应提供二氧化碳．向分解池中通入高温水蒸气的作用是提供高温环境使KHCO₃分解，故答案为：提供高温环境使KHCO₃分解；
②负极上甲醇失电子发生氧化反应，电极反应式为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正极上氧气得电子发生还原反应生成水，电极反应式为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，根据氧气和转移电子之间的关系式得转移电子的物质的量=

6.72L

22.4L/mol

×4=1.2mol，故答案为：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；1.2mol；
（3）①CaH₂为离子化合物，其电子式为故答案为：；
②因反应1为：CaH₂+2H₂O=Ca（OH）₂+2H₂↑，CaH₂中H元素的化合价由-1价变为0价是还原剂，H₂O中H元素的化合价为+1价变为0价是氧化剂，氧化剂与还原剂的物质的量之比是2：1，故答案为：2：1；
③如该系统反应均进行完全，根据图3可知反应物CaH₂、C₈H₁₈、O₂和生成物CaCO₃、H₂O，根据守恒写出该系统总反应的化学方程式为：16CaH₂+2C₈H₁₈+41O₂=16CaCO₃+34H₂O．故答案为：16CaH₂+2C₈H₁₈+41O₂=16CaCO₃+34H₂O．

点评：本题考查较综合，涉及原电池原理、氧化还原反应、化学平衡判断等知识点，侧重考查基本理论，注意：化学平衡判断中只有“反应前后改变的物理量”才能作为判断依据，注意氢化钙电子式的书写方式，为易错点．