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．圖1表示恒壓容器中0.5mol CO₂和1.5mol 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）最近有科學家提出構想：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，經化學反應后使之變為可再生燃料甲醇．該構想技術流程如圖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甲醇燃料電池負極反應式

 

．當電子轉移的物質的量為

 

時，參加反應的氧氣的體積是6.72L（標準狀況下）．
（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，該系統反應如圖3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

 

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Answer 1

考點：化學平衡狀態的判斷,氧化還原反應,原電池和電解池的工作原理

專題：

分析：（1）①根據圖1可知0.5mol CO₂和1.5mol H₂轉化率達80%時放熱23-3.4=19.6KJ，然后按比例計算：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的△H得出該反應的熱化學方程式；
②化學平衡的標志是正逆反應速率相同，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化為碳酸氫鉀，合成塔內為氫氣與二氧化碳反應合成甲醇，所以分解池應提供二氧化碳；
②酸性條件下，負極上甲醇失電子發生氧化反應，正極上氧氣得電子發生還原反應，根據轉移電子和氧氣之間的關系式計算；
（3）①CaH₂為離子化合物，其電子式為；
②根據反應1（CaH₂+2H₂O=Ca（OH）₂+2H₂↑）中元素的化合價判斷還原劑和氧化劑，再求物質的量之比；
③如該系統反應均進行完全，根據圖3可知反應物CaH₂、C₈H₁₈、O₂和生成物CaCO₃、H₂O，根據守恒寫出該系統總反應的化學方程式．

解答： 解：（1）①根據圖1可知0.5mol CO₂和1.5mol H₂轉化率達80%時放熱23-3.4=19.6KJ，則該反應的熱化學方程式：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．在恒壓容器中壓強始終不變，不能證明達到了平衡狀態，故a錯誤；
b．混合氣體中 H₂的體積分數不變，說明各組分的體積分數都不變，正逆反應速率，達到了平衡狀態，故b正確；
c．c（H₂）=3c（CH₃OH）不能說明達到平衡狀態，故c錯誤；
d．反應兩邊都是氣體，氣體總質量不變，恒壓條件該容器的容積改變，故氣體的密度是變量，當氣體的密度不變時，說明達到了平衡狀態，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，在任意狀態下均成立，不能說明達到平衡狀態，故e錯誤；
故答案為：bd；
（2）①空氣在二氧化碳再吸收池中轉化為碳酸氫鉀，合成塔內為氫氣與二氧化碳反應合成甲醇，所以分解池應提供二氧化碳．向分解池中通入高溫水蒸氣的作用是提供高溫環境使KHCO₃分解，故答案為：提供高溫環境使KHCO₃分解；
②負極上甲醇失電子發生氧化反應，電極反應式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正極上氧氣得電子發生還原反應生成水，電極反應式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，根據氧氣和轉移電子之間的關系式得轉移電子的物質的量=

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1為：CaH₂+2H₂O=Ca（OH）₂+2H₂↑，CaH₂中H元素的化合價由-1價變為0價是還原劑，H₂O中H元素的化合價為+1價變為0價是氧化劑，氧化劑與還原劑的物質的量之比是2：1，故答案為：2：1；
③如該系統反應均進行完全，根據圖3可知反應物CaH₂、C₈H₁₈、O₂和生成物CaCO₃、H₂O，根據守恒寫出該系統總反應的化學方程式為：16CaH₂+2C₈H₁₈+41O₂=16CaCO₃+34H₂O．故答案為：16CaH₂+2C₈H₁₈+41O₂=16CaCO₃+34H₂O．

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