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(yīng)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(jié)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(yīng)分為二步進(jìn)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(xué)方程式_________。

②某實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)中各組分物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如圖所示：

已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步反應(yīng)決定，則合成尿素總反應(yīng)的快慢由第______步反應(yīng)決定，總反應(yīng)進(jìn)行到________min時(shí)到達(dá)平衡。

(3)合成乙酸：

①中國(guó)科學(xué)家首次以CH3OH、CO2和H2為原料高效合成乙酸，其反應(yīng)路徑如圖所示：

原料中的CH3OH可通過(guò)電解法由CO2制取，用稀硫酸作電解質(zhì)溶液，寫出生成CH3OH的電極反應(yīng)式___。

②根據(jù)圖示，寫出總反應(yīng)的化學(xué)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(gè)O原子形成四對(duì)共用電子對(duì)；飽和Na2CO3溶液與CO2反應(yīng)產(chǎn)生NaHCO3，NaHCO3與NaOH反應(yīng)產(chǎn)生Na2CO3和水；聚合離子液體吸附對(duì)CO2的吸附量越大越好；

(2)根據(jù)蓋斯定律，將兩個(gè)熱化學(xué)方程式疊加可得制取尿素的熱化學(xué)方程式；化學(xué)反應(yīng)由慢反應(yīng)決定，第一步反應(yīng)放熱，反應(yīng)進(jìn)行使速率加快；第二步反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行，速率減慢，可見(jiàn)由第二步反應(yīng)決定總反應(yīng)速率；當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，任何物質(zhì)的濃度不變判斷平衡狀態(tài)；

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

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

②向飽和Na2CO3溶液中通入CO2氣體反應(yīng)產(chǎn)生NaHCO3，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3；NaHCO3是酸式鹽，可以與NaOH反應(yīng)產(chǎn)生Na2CO3和水，反應(yīng)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(shí)對(duì)CO2的吸附量大；

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

②第一步反應(yīng)是放熱反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，物質(zhì)溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快；而第二步反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行溫度逐漸降低，反應(yīng)速率逐漸減慢，因此合成尿素總反應(yīng)的快慢由第二步慢反應(yīng)決定，根據(jù)圖示可知當(dāng)總反應(yīng)進(jìn)行到55min時(shí)，各種物質(zhì)的濃度不變，反應(yīng)就到達(dá)平衡；

(3)①CO2在酸性條件下，在電解時(shí)CO2發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生CH3OH，生成CH3OH的電極反應(yīng)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(yīng)產(chǎn)生CH3COOH和H2O，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CH3OH +CO2+H2CH3COOH+H2O。