Question

CO₂的捕捉、封存与再利用是实现温室气体减排的重要途径之一。请回答：

(1)二氧化碳的电子式为__________。

(2)一种正在开发的利用二氧化碳制取甲酸(HCOOH)的途径如图所示，图中能量主要转化方式为_____________ ，CO₂和H₂O转化为甲酸的化学方程式为____________。

(3)目前工业上有一种方法是用CO₂生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO₂(g)+3H₂(g)⇌CH₃OH(g)+H₂O(g)。

①恒容容器中，能加快该反应速率的是_______。

a.升高温度  b.从体系中分离出CH₃OH c.加入高效催化剂 d.降低压强

②在体积为2L的密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，测得CO₂的物质的量随时间变化如图所示。从反应开始到5min末，用H₂浓度变化表示的平均反应速率________________。

t/min	0	2	5	10	15
n(CO2)/mol	1	0.75	0.5	0.25	0.25

③在相同温度、恒容的条件下，能说明该反应已达平衡状态的是_______(填序号)。

a.CO₂、H₂、CH₃OH、H₂O的浓度均不再改变化    

b.n(CO₂):n(H₂):n(CH₃OH):n(H₂O)=1:1:1:1

c.容器中混合气体的密度不变    

d.v_消耗(H₂)=3v_消耗(CH₃OH)

e.体系压强不变                                                    

(4)下列一些共价键的键能如下表所示：

化学键	H-H	H-O	C=O	C-H	C-O
键能kJ/mol	436	463	803	414	326

反应CO₂(g)+3H₂(g)⇌CH₃OH(g)+H₂O(g)，______(填“吸收”或“放出”) 的热量为_____kJ

Answer

光能转化为化学能 2CO2+2H2O2HCOOH+O2 ac 0.15mol·L-1·min-1 ade 放出 43

【解析】

(1)二氧化碳为共价化合物，分子中C原子和O原子形成共价键，电子式为，故答案为：；

(2)由二氧化碳制取甲酸(HCOOH)的转化途径可知，该过程主要是将光能转化为化学能，CO2和H2O在光照的条件下转化为甲酸，同时生成O2，其化学反应方程式为2CO2+2H2O2HCOOH+O2，故答案为：光能转化为化学能；2CO2+2H2O2HCOOH+O2；

(3)①恒容容器中，对于反应CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)

a．升高温度，活化分子数增多，化学反应速率加快，a符合题意；

b．从体系中分离出CH3OH，浓度降低，化学反应速率减慢，b不符合题意；

c．加入高效催化剂，可降低反应活化能，化学反应速率加快，c符合题意；

d．压强减小，由于容器体积保持不变，所以各组分浓度不变，化学反应速率不变，d不符合题意；

故答案为：ac；

②根据图表信息可知，反应开始到5min末，共消耗1-0.5=0.5molCO2，由化学方程式CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)可知，消耗的H2的物质的量为3×0.5mol=1.5mol，则用H2浓度变化表示的平均反应速率为，故答案为：0.15mol·L-1·min-1；

③相同温度、恒容的条件下，对于反应CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)

a．CO2、H2、CH3OH、H2O的浓度均不再改变化，说明反应达到限度，即达到平衡状态，a满足题意；

b．当n(CO2):n(H2):n(CH3OH):n(H2O)=1:1:1:1时，不能说明化学反应达到平衡，b不满足题意；

c．容器体积不变，则容器中混合气体的密度始终是一个不变量，不能作为达到平衡的标志，c不满足题意；

d．当反应达到平衡时，正逆反应速率相等，化学反应速率与化学计量数成正比，因此v消耗(H2)=3v生成(CH3OH)，即v消耗(H2)=3v消耗(CH3OH)时，v生成(CH3OH)=v消耗(CH3OH)，说明反应达到平衡，d满足题意；

e．根据阿伏伽德罗定律PV=nRT可知，恒温恒压时，体系压强不变，则物质的量不变，反应为前后物质量不等的反应，故体系压强不变，即物质的量不变时，反应达到平衡，e满足题意；

故答案为：ade；

(4)根据ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能可知，反应CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)

中，共断裂2molC=O键、3molH—H键，生成3molC—H键、1molC—O键和3molO—H，则ΔH=(2×803+3×436)-(3×414+326+3×463)=-43kJ/mol，即放出热量43kJ，故答案为：放出；43。