Question

【題目】CO2是地球上取之不盡用之不竭的碳源，將CO2應用于生產中實現其綜合利用是目前的研究熱點。

（1）CO2加氫制備甲酸(HCOOH，熔點8.4℃沸點100.8℃)是利用化學載體進行H2儲存的關鍵步驟。

已知：H2(g)+CO2(g)HCOOH(l) △H1=-30.0kJmol-1

2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) △H2=-571.6kJmol-1

則表示HCOOH燃燒熱的熱化學方程式為___。

（2）在催化作用下由CO2和CH4轉化為CH3COOH的反應歷程示意圖如圖。

①在合成CH3COOH的反應歷程中，下列有關說法正確的是___。填（字母）

a.該催化劑使反應的平衡常數增大

b.CH4→CH3COOH過程中，有C—H鍵發生斷裂

c.由X→Y過程中放出能量并形成了C—C鍵

②該條件下由CO2和CH4合成CH3COOH的化學方程式為___。

（3）CO2與H2在一定條件下反應可生成甲醇：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H<0。改變溫度時，該反應中的所有物質都為氣態，起始溫度、容積均相同(T1℃、2L密閉容器）。實驗過程中的部分數據見下表：

	反應時間	n(CO2)/mol	n(H2)/mol	n(CH3OH)/mol	n(H2O)/mol
實驗I恒溫恒容	0min	2	6	0	0
	10min		4.5
	20min	1
	30min			1
實驗II絕熱恒容	0min	0	0	2	2

①實驗I，前10min內的平均反應速率υ(CH3OH)=___。

②平衡時CH3OH的濃度：c(實驗I)___c(實驗II)(填“>”、“<”或“=”，下同）。實驗I中當其他條件不變時，若30min后只改變溫度為T2℃，再次平衡時n(H2)=3.2mol，則T1___T2。

③已知某溫度下該反應的平衡常數K=160，開始時在密閉容器中只加入CO2和H2，反應10min時測得各組分的濃度如下表，則此時υ正___υ逆。

物質	H2	CO2	CH3OH	H2O
濃度/(mol·L-1)	0.2	0.2	0.4	0.4

Answer 1

【答案】HCOOH(1)+O2(g)=CO2(g)+H2O(1) △H=-255.8kJ·mol-1 bc CH4+CO2CH3COOH 0.025molL-1·min-1 ＜ ＜ ＞

【解析】

（1）①H2(g)+CO2(g)HCOOH(l) △H1=-30.0kJmol-1

②2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) △H2=-571.6kJmol-1

根據蓋斯定律：②×-①得：HCOOH(1)+O2(g)=CO2(g)+H2O(1) △H= ×（-571.6kJmol-1）-（-30.0kJmol-1）=-255.8kJ·mol-1，表示CH3COOH燃燒熱的熱化學方程式為HCOOH(1)+O2(g)=CO2(g)+H2O(1) △H=-255.8kJ·mol-1，故答案為：HCOOH(1)+O2(g)=CO2(g)+H2O(1) △H=-255.8kJ·mol-1；

（2）①a．催化劑改變反應速率，不影響平衡，反應的平衡常數不變，故錯誤；

b．CH4→CH3COOH過程中，第一步甲烷與二氧化碳中的C=O雙鍵發生加成反應，有C—H鍵發生斷裂，故正確；

c．由X→Y過程中，甲烷的碳與二氧化碳中有碳相連，形成了C—C鍵并放出能量，故正確；

故答案為：bc；

②該條件下甲烷與二氧化碳中的C=O雙鍵發生加成反應，甲烷的碳與二氧化碳中有碳相連，氫原子與氧原子相連，由CO2和CH4合成CH3COOH的化學方程式為CH4+CO2CH3COOH，故答案為：CH4+CO2CH3COOH；

（3）①實驗I，前10min內的平均反應速率υ（H2）= mol/（L·min）=0.075mol/（L·min），υ（CH3OH）=υ（H2）=0.025molL-1·min-1，故答案為：0.025molL-1·min-1；

②如果條件相同，實驗I和II是等效平衡，但實驗II逆向進行，吸收熱量，平衡時溫度低，與實驗I相比，相當于降溫，平衡正向移動，平衡時CH3OH的濃度：c(實驗I)<c(實驗II)。實驗I在30min達到平衡時，n(H2)=6mol-3mol=3mol，實驗I中當其他條件不變時，若30min后只改變溫度為T2℃，再次平衡時n(H2)=3.2mol，說明平衡逆向移動，該反應為放熱反應，則T1<T2。故答案為：<；<；

③Qc= =100<K=160，反應正向進行，則此時υ正>υ逆。

故答案為：>。