Question

【题目】CO2是地球上取之不尽用之不竭的碳源，将CO2应用于生产中实现其综合利用是目前的研究热点。

（1）CO2加氢制备甲酸(HCOOH，熔点8.4℃沸点100.8℃)是利用化学载体进行H2储存的关键步骤。

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

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

则表示HCOOH燃烧热的热化学方程式为___。

（2）在催化作用下由CO2和CH4转化为CH3COOH的反应历程示意图如图。

①在合成CH3COOH的反应历程中，下列有关说法正确的是___。填（字母）

a.该催化剂使反应的平衡常数增大

b.CH4→CH3COOH过程中，有C—H键发生断裂

c.由X→Y过程中放出能量并形成了C—C键

②该条件下由CO2和CH4合成CH3COOH的化学方程式为___。

（3）CO2与H2在一定条件下反应可生成甲醇：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H<0。改变温度时，该反应中的所有物质都为气态，起始温度、容积均相同(T1℃、2L密闭容器）。实验过程中的部分数据见下表：

	反应时间	n(CO2)/mol	n(H2)/mol	n(CH3OH)/mol	n(H2O)/mol
实验I恒温恒容	0min	2	6	0	0
	10min		4.5
	20min	1
	30min			1
实验II绝热恒容	0min	0	0	2	2

①实验I，前10min内的平均反应速率υ(CH3OH)=___。

②平衡时CH3OH的浓度：c(实验I)___c(实验II)(填“>”、“<”或“=”，下同）。实验I中当其他条件不变时，若30min后只改变温度为T2℃，再次平衡时n(H2)=3.2mol，则T1___T2。

③已知某温度下该反应的平衡常数K=160，开始时在密闭容器中只加入CO2和H2，反应10min时测得各组分的浓度如下表，则此时υ正___υ逆。

物质	H2	CO2	CH3OH	H2O
浓度/(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

根据盖斯定律：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燃烧热的热化学方程式为HCOOH(1)+O2(g)=CO2(g)+H2O(1) △H=-255.8kJ·mol-1，故答案为：HCOOH(1)+O2(g)=CO2(g)+H2O(1) △H=-255.8kJ·mol-1；

（2）①a．催化剂改变反应速率，不影响平衡，反应的平衡常数不变，故错误；

b．CH4→CH3COOH过程中，第一步甲烷与二氧化碳中的C=O双键发生加成反应，有C—H键发生断裂，故正确；

c．由X→Y过程中，甲烷的碳与二氧化碳中有碳相连，形成了C—C键并放出能量，故正确；

故答案为：bc；

②该条件下甲烷与二氧化碳中的C=O双键发生加成反应，甲烷的碳与二氧化碳中有碳相连，氢原子与氧原子相连，由CO2和CH4合成CH3COOH的化学方程式为CH4+CO2CH3COOH，故答案为：CH4+CO2CH3COOH；

（3）①实验I，前10min内的平均反应速率υ（H2）= mol/（L·min）=0.075mol/（L·min），υ（CH3OH）=υ（H2）=0.025molL-1·min-1，故答案为：0.025molL-1·min-1；

②如果条件相同，实验I和II是等效平衡，但实验II逆向进行，吸收热量，平衡时温度低，与实验I相比，相当于降温，平衡正向移动，平衡时CH3OH的浓度：c(实验I)<c(实验II)。实验I在30min达到平衡时，n(H2)=6mol-3mol=3mol，实验I中当其他条件不变时，若30min后只改变温度为T2℃，再次平衡时n(H2)=3.2mol，说明平衡逆向移动，该反应为放热反应，则T1<T2。故答案为：<；<；

③Qc= =100<K=160，反应正向进行，则此时υ正>υ逆。

故答案为：>。