Question

资源化利用CO₂，不仅可以减少温室气体的排放，还可以获得燃料或重要的化工产品。

(1)CO₂的捕集：

①写出CO₂的电子式__________。

②用饱和Na₂CO₃溶液做吸收剂可“捕集”CO₂。若吸收剂失效，可利用NaOH溶液使其再生，写出该反应的离子方程式___________。

③聚合离子液体是目前广泛研究的CO₂ 吸附剂。结合下图分析聚合离子液体吸附CO₂的有利条件是__________。

(2)生产尿素：

工业上以CO₂、NH₃为原料生产尿素[CO(NH₂)₂]，该反应分为二步进行：

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写出上述合成尿素的热化学方程式_________。

②某实验小组模拟工业上合成尿素，在一定体积的密闭容器中投入4mol NH₃和1mol CO₂，实验测得反应中各组分物质的量随时间的变化如图所示：

已知总反应的快慢由慢的一步反应决定，则合成尿素总反应的快慢由第______步反应决定，总反应进行到________min时到达平衡。

(3)合成乙酸：

①中国科学家首次以CH₃OH、CO₂和H₂为原料高效合成乙酸，其反应路径如图所示：

原料中的CH₃OH可通过电解法由CO₂制取，用稀硫酸作电解质溶液，写出生成CH₃OH的电极反应式___。

②根据图示，写出总反应的化学方程式_____________。

Answer

HCO3-+OH-=H2O+CO32- 低温，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原子与两个O原子形成四对共用电子对；饱和Na2CO3溶液与CO2反应产生NaHCO3，NaHCO3与NaOH反应产生Na2CO3和水；聚合离子液体吸附对CO2的吸附量越大越好；

(2)根据盖斯定律，将两个热化学方程式叠加可得制取尿素的热化学方程式；化学反应由慢反应决定，第一步反应放热，反应进行使速率加快；第二步反应是吸热反应，反应进行，速率减慢，可见由第二步反应决定总反应速率；当反应达到平衡时，任何物质的浓度不变判断平衡状态；

(3)CO2在酸性条件下，在电解时发生还原反应产生CH3OH；CH3OH、CO2和H2反应氧化还原反应产生CH3COOH和水。

(1)①CO2分子中C原子与两个O原子形成四对共用电子对，所以CO2的电子式为；

②向饱和Na2CO3溶液中通入CO2气体反应产生NaHCO3，反应的化学方程式为：Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3；NaHCO3是酸式盐，可以与NaOH反应产生Na2CO3和水，反应的离子方程式为：HCO3-+OH-=H2O+CO32-；

③根据图示可知：聚合离子液体吸附在低温和低流速时对CO2的吸附量大；

(2)①将第一步化学方程式与第二步化学方程式相加，可得总反应方程式：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H=-43kJ/mol；

②第一步反应是放热反应，随着反应的进行，物质温度升高，化学反应速率加快；而第二步反应为吸热反应，随着反应的进行温度逐渐降低，反应速率逐渐减慢，因此合成尿素总反应的快慢由第二步慢反应决定，根据图示可知当总反应进行到55min时，各种物质的浓度不变，反应就到达平衡；

(3)①CO2在酸性条件下，在电解时CO2发生还原反应产生CH3OH，生成CH3OH的电极反应式为：CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O；

②根据图示可知：在HI、Rh作用下发生氧化还原反应产生CH3COOH和H2O，反应的化学方程式为：CH3OH +CO2+H2CH3COOH+H2O。