CO₂的捕集与资源化利用是化学研究的热点。

图1 液态太阳燃料技术路线

图2 不同制氢工艺碳排放量对比
(1)我国科学家李灿院士的团队突破了太阳能电解水制取$\ce{H_{2}}$和$\ce{CO_{2}}$加氢制甲醇($\ce{CH_{3}OH}$)的关键技术(液态太阳燃料技术),技术路线如图1所示。
①该路线实现了能量间的相互转化,电解水的过程是由电能转化为(填“化学能”或“太阳能”)。
②氢能存储/$\ce{CO_{2}}$加氢反应(催化剂为$\ce{ZnO-ZrO_{2}}$、压强为$5.0\ \mathrm{MPa}$、温度为$315～320\ \mathrm{℃}$)的化学方程式为。每生成$1\ \mathrm{t}$甲醇,理论上可减少排放$\ce{CO_{2}}$。
③图1中可循环使用的物质是$\ce{CO_{2}}$和。
(2)捕集燃煤电厂烟气(含有$\ce{CO_{2}}$、$\ce{N_{2}}$、$\ce{O_{2}}$及$\ce{H_{2}O}$)中的$\ce{CO_{2}}$,并将其甲烷($\ce{CH_{4}}$)化的流程如图所示。

【资料卡片】
a. MEA水溶液在低温条件下可吸收$\ce{CO_{2}}$,升高温度可解吸$\ce{CO_{2}}$。
b. 恒温流化床反应器出口温度高。
①“吸收塔”中电厂烟气从塔底通入,MEA水溶液从塔顶喷淋。这样操作的优点是,"解吸塔"实现$\ce{CO_{2}}$解吸的操作是。
②“设备A”可实现$\ce{CH_{4}}$和$\ce{H_{2}O}$气液分离,方法是。
③根据资料卡片信息及流程,说出一种降低工艺成本的措施:。
④$\ce{CO_{2}}$甲烷化的反应中, $\dfrac{m(\mathrm{H}_2)}{m(\mathrm{CH}_4)} =$ 。
⑤不同制氢工艺碳排放量对比图如图2所示,采用(填制氢方式)可以实现碳减排。

(1)①化学能
②$3\ce{H_{2}}+\ce{CO_{2}}\xlongequal[\ce{ZnO-ZrO_{2}} 催化剂]{5.0\ \mathrm{MPa},315～320\ ℃}\ce{CH_{3}OH}+\ce{H_{2}O}$ 1.375 t
③$\ce{H_{2}O}$
(2)①反应物可充分接触,反应更加充分 升高温度
②降低温度
③充分利用太阳能升高温度
④$1:2$
⑤风能制氢

【分析】
本题围绕CO₂的捕集与资源化利用展开，需结合电解水的能量转化、化学方程式书写与计算、工业流程操作原理、物质分离方法等知识点逐一分析：
1. 电解水的能量转化：电解水消耗电能，生成氢气和氧气，将能量储存为化学能；
2. CO₂加氢制甲醇的反应：根据反应物、生成物及反应条件书写化学方程式，再利用方程式的比例关系计算所需CO₂的质量；
3. 循环物质判断：流程中可重复参与反应的物质即为循环物质；
4. 工业流程操作分析：吸收塔逆流操作可使气液充分接触，解吸塔根据资料卡片需升高温度实现CO₂解吸；
5. 物质分离方法：CH₄为气体、H₂O为液体，降低温度可使H₂O液化实现气液分离；
6. 成本降低措施：结合液态太阳燃料技术，利用太阳能升高温度可减少能源消耗；
7. 反应质量比计算：根据CO₂甲烷化的反应式计算H₂与CH₄的质量比；
8. 制氢方式的碳减排：对比不同制氢工艺的碳排放量，选择低排放的方式。
【解析】
(1)①电解水过程中，电能转化为化学能（生成氢气和氧气，储存能量），故填化学能；
②CO₂加氢制甲醇的化学方程式为：$\ce{3H_{2} + CO_{2}\xlongequal[5.0\ \mathrm{MPa},315～320\ ℃]{ZnO-ZrO_{2}催化剂} CH_{3}OH + H_{2}O}$；设生成1t甲醇需要CO₂的质量为x，根据方程式中CO₂与CH₃OH的质量比为44:32，可得$\frac{44}{32}=\frac{x}{1\ \mathrm{t}}$，解得x=1.375t，故填1.375t；
③流程中，电解水生成H₂和O₂，CO₂加氢反应生成CH₃OH和H₂O，H₂O可循环用于电解水，故可循环的物质是CO₂和H₂O；
(2)①吸收塔中电厂烟气从塔底通入、MEA水溶液从塔顶喷淋，属于逆流操作，优点是反应物可充分接触，反应更充分；根据资料卡片，MEA水溶液升高温度可解吸CO₂，故解吸塔的操作是升高温度；
②CH₄为气体，H₂O为液体，降低温度可使H₂O液化，从而实现CH₄和H₂O的气液分离；
③结合液态太阳燃料技术，利用太阳能升高温度可减少能源消耗，降低工艺成本；
④CO₂甲烷化的反应为$\ce{CO_{2} + 4H_{2}\xlongequal{} CH_{4} + 2H_{2}O}$，H₂的相对质量为4×2=8，CH₄的相对质量为16，故$\frac{m(\mathrm{H}_2)}{m(\mathrm{CH}_4)}=\frac{8}{16}=1:2$；
⑤根据图2，风能制氢的碳排放量最低，可实现碳减排，故填风能制氢。
【答案】
(1)①化学能；②$\ce{3H_{2} + CO_{2}\xlongequal[5.0\ \mathrm{MPa},315～320\ ℃]{ZnO-ZrO_{2}催化剂} CH_{3}OH + H_{2}O}$；1.375 t；③$\ce{H_{2}O}$；
(2)①反应物可充分接触，反应更加充分；升高温度；②降低温度；③充分利用太阳能升高温度；④$1:2$；⑤风能制氢
【知识点】
化学方程式书写与计算、工艺流程分析、物质分离方法
【点评】
本题以CO₂的捕集与资源化利用为背景，结合工业实际流程，考察学生对化学基本原理的应用能力，涉及能量转化、化学计算、实验操作分析等知识点，难度适中，符合初中化学的考察要求。
【难度系数】
0.6