Question

【題目】資源化利用CO2，可以減少溫室氣體排放，還可以獲得燃料或重要的化工產品。回答下列問題：

(1)CO2的捕集

①用飽和Na2CO3溶液做吸收劑可“捕集”CO2。寫出“捕集”CO2反應的離子方式_____________。

②聚合離子液體是目前廣泛研究的CO2吸附劑。結合圖像分析聚合離子液體吸附CO2的有利條件是_________________________。

(2)生產尿素：

工業上以CO2、NH3為原料生產尿素[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-1

第二步：H2NCOONH4(s)CO(NH2)2(s)+ H2O(g) △H = +116.5 kJ·mol-1

①寫出上述合成尿素的熱化學方程式___________________________。該反應化學平衡常數K的表達式：_________________________。

②某實驗小組模擬工業上合成尿素，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：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：

①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根據圖示，寫出總反應的化學方程___________。

Answer 1

【答案】H2O + CO32- + CO2=2HCO3- 低溫，低流速 2NH3(g)+ CO2(g)CO(NH2)2(s)+ H2O(g)△H= -43kJ·mol-1 K=[H2O]/[NH3]2.[CO2] 二 55 CO2 + 6e- + 6H+ = CH3OH + H2O CH3OH + CO2 + H2CH3COOH + H2O

【解析】

(1)①H2O、CO32－、CO2反應生成HCO3－；

②根據圖知，溫度越低、流速越小吸附量越大；

(2)利用蓋斯定律求解熱化學方程式；K等于氣體生成物濃度冪之積與氣體反應物濃度冪之積的比；

②達到平衡時時間越長，反應速率越慢，慢反應決定整個反應速率；各物質的物質的量不變時反應達到平衡狀態；

(3)①電解時，CO2失電子和H＋反應生成CH3CH2OH；

②根據圖知，反應物是CH3CH2OH、CO2和H2，生成物是CH3COOH和水，LiI和Rh作催化劑。

(1)①H2O、CO32－、CO2反應生成HCO3－，離子方程式為H2O+CO32－+CO2=2HCO3－；

②根據圖知，溫度越低、流速越小吸附量越大，所以聚合離子液體吸附CO2的有利條件是低溫，低流速(或25℃，10mL·min-1)；

(2)①將第一步和第二步方程式相加得到方程式2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H=(-159.5+116.5)kJ·mol－1=-43kJ·mol－1；化學平衡常數K等于氣體生成物濃度冪之積與氣體反應物濃度冪之積的比，；

②達到平衡時時間越長，反應速率越慢，慢反應決定整個反應速率。根據圖知，第一步的反應，的反應物NH3和CO2的量迅速達到定值，說明第一步反應速率大，第二步反應較慢，所以第二步決定整個反應速率；根據圖知，55min各物質的物質的量不變，反應達到平衡狀態；

(3)①電解時，CO2失電子和H＋反應生成CH3OH，電極反應式為CO2+6e－+6H＋=CH3OH+H2O；

②根據圖知，反應物是甲醇、二氧化碳和氫氣，生成物是乙酸和水，LiI和Rh作催化劑，總反應方程式為：CH3OH+CO2+H2CH3COOH+H2O。