Question

【題目】資源化利用CO2，不僅可以減少溫室氣體的排放，還可以獲得燃料或重要的化工產(chǎn)品。

(1)CO2的捕集：

①寫出CO2的電子式__________。

②用飽和Na2CO3溶液做吸收劑可“捕集”CO2。若吸收劑失效，可利用NaOH溶液使其再生，寫出該反應的離子方程式___________。

③聚合離子液體是目前廣泛研究的CO2 吸附劑。結合下圖分析聚合離子液體吸附CO2的有利條件是__________。

(2)生產(chǎn)尿素：

工業(yè)上以CO2、NH3為原料生產(chǎn)尿素[CO(NH2)2]，該反應分為二步進行：

第一步：2NH3(g)+CO2(g) H2NCOONH4(s) △H =-159.5 kJ/mol

第二步：H2NCOONH4(s)CO(NH2)2(s)+ H2O(g) △H =+116.5 kJ/mol

①寫出上述合成尿素的熱化學方程式_________。

②某實驗小組模擬工業(yè)上合成尿素，在一定體積的密閉容器中投入4mol NH3和1mol CO2，實驗測得反應中各組分物質的量隨時間的變化如圖所示：

已知總反應的快慢由慢的一步反應決定，則合成尿素總反應的快慢由第______步反應決定，總反應進行到________min時到達平衡。

(3)合成乙酸：

①中國科學家首次以CH3OH、CO2和H2為原料高效合成乙酸，其反應路徑如圖所示：

原料中的CH3OH可通過電解法由CO2制取，用稀硫酸作電解質溶液，寫出生成CH3OH的電極反應式___。

②根據(jù)圖示，寫出總反應的化學方程式_____________。

Answer 1

【答案】 HCO3-+OH-=H2O+CO32- 低溫，低流速(或25℃，10mL/min) 2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H=-43kJ/mol 二 55 CO2+6e-+6H+ =CH3OH+H2O CH3OH +CO2+H2CH3COOH+H2O

【解析】

(1)CO2分子中C原子與兩個O原子形成四對共用電子對；飽和Na2CO3溶液與CO2反應產(chǎn)生NaHCO3，NaHCO3與NaOH反應產(chǎn)生Na2CO3和水；聚合離子液體吸附對CO2的吸附量越大越好；

(2)根據(jù)蓋斯定律，將兩個熱化學方程式疊加可得制取尿素的熱化學方程式；化學反應由慢反應決定，第一步反應放熱，反應進行使速率加快；第二步反應是吸熱反應，反應進行，速率減慢，可見由第二步反應決定總反應速率；當反應達到平衡時，任何物質的濃度不變判斷平衡狀態(tài)；

(3)CO2在酸性條件下，在電解時發(fā)生還原反應產(chǎn)生CH3OH；CH3OH、CO2和H2反應氧化還原反應產(chǎn)生CH3COOH和水。

(1)①CO2分子中C原子與兩個O原子形成四對共用電子對，所以CO2的電子式為；

②向飽和Na2CO3溶液中通入CO2氣體反應產(chǎn)生NaHCO3，反應的化學方程式為：Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3；NaHCO3是酸式鹽，可以與NaOH反應產(chǎn)生Na2CO3和水，反應的離子方程式為：HCO3-+OH-=H2O+CO32-；

③根據(jù)圖示可知：聚合離子液體吸附在低溫和低流速時對CO2的吸附量大；

(2)①將第一步化學方程式與第二步化學方程式相加，可得總反應方程式：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H=-43kJ/mol；

②第一步反應是放熱反應，隨著反應的進行，物質溫度升高，化學反應速率加快；而第二步反應為吸熱反應，隨著反應的進行溫度逐漸降低，反應速率逐漸減慢，因此合成尿素總反應的快慢由第二步慢反應決定，根據(jù)圖示可知當總反應進行到55min時，各種物質的濃度不變，反應就到達平衡；

(3)①CO2在酸性條件下，在電解時CO2發(fā)生還原反應產(chǎn)生CH3OH，生成CH3OH的電極反應式為：CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O；

②根據(jù)圖示可知：在HI、Rh作用下發(fā)生氧化還原反應產(chǎn)生CH3COOH和H2O，反應的化學方程式為：CH3OH +CO2+H2CH3COOH+H2O。