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=-30.0kJ•mol-12H2（g）+O2（g）=2H2O（1）△H2=-571.6kJ•mol-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。。 2 。-|||-CO2 立 6x CH3COOH-|||-夺氢-|||-选择性活化 催化剂-|||-a-|||-CH4①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．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
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=-30.0kJ•mol-1
2H2（g）+O2（g）=2H2O（1）△H2=-571.6kJ•mol-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．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表：
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表，则此时υ正 ____ υ逆。
（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=-30.0kJ•mol-1
2H2（g）+O2（g）=2H2O（1）△H2=-571.6kJ•mol-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．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 |
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 |
题目解答
答案
解：（1）根据①H2（g）+CO2（g）⇌HCOOH（l）△H1=-30.0kJ•mol-1；②2H2（g）+O2（g）=2H2O（1）△H2=-571.6kJ•mol-1，利用盖斯定律，将$\frac{1}{2}$②-①可得HCOOH燃烧热的热化学方程式为HCOOH（1）+$\frac{1}{2}$O2（g）=CO2（g）+H2O（1）△H=-255.8kJ•mol-1 ，
故答案为：HCOOH（1）+$\frac{1}{2}$O2（g）=CO2（g）+H2O（1）△H=-255.8kJ•mol-1 ；
（2）a．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+CO2$\stackrel{催化剂}{→}$CH3COOH，
故答案为：CH4+CO2$\stackrel{催化剂}{→}$CH3COOH；
（3）①实验I，前10min内的平均反应速率υ（H2）=$\frac{\frac{6-4.5}{2}}{10}$mol/（L•min）=0.075mol/（L•min），υ（CH3OH）=$\frac{1}{3}$υ（H2）=0.025mol•L-1•min-1，
故答案为：0.025mol•L-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=$\frac{0.4×0.4}{0.2×{（0.2）}^{3}}$=100＜K=160，反应正向进行，则此时υ正＞υ逆，
故答案为：＞。
故答案为：HCOOH（1）+$\frac{1}{2}$O2（g）=CO2（g）+H2O（1）△H=-255.8kJ•mol-1 ；
（2）a．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+CO2$\stackrel{催化剂}{→}$CH3COOH，
故答案为：CH4+CO2$\stackrel{催化剂}{→}$CH3COOH；
（3）①实验I，前10min内的平均反应速率υ（H2）=$\frac{\frac{6-4.5}{2}}{10}$mol/（L•min）=0.075mol/（L•min），υ（CH3OH）=$\frac{1}{3}$υ（H2）=0.025mol•L-1•min-1，
故答案为：0.025mol•L-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=$\frac{0.4×0.4}{0.2×{（0.2）}^{3}}$=100＜K=160，反应正向进行，则此时υ正＞υ逆，
故答案为：＞。
解析
步骤 1：计算HCOOH的燃烧热
根据已知的热化学方程式，利用盖斯定律计算HCOOH的燃烧热。
步骤 2：分析合成CH_3COOH的反应历程
根据反应历程示意图，分析反应过程中键的断裂和形成，以及能量变化。
步骤 3：计算实验I的平均反应速率
根据实验I的数据，计算前10分钟内CH_3OH的平均反应速率。
步骤 4：比较实验I和实验II的平衡浓度
根据实验I和实验II的条件，比较平衡时CH_3OH的浓度。
步骤 5：判断反应方向
根据反应10分钟时的浓度和平衡常数，判断反应的方向。
根据已知的热化学方程式，利用盖斯定律计算HCOOH的燃烧热。
步骤 2：分析合成CH_3COOH的反应历程
根据反应历程示意图，分析反应过程中键的断裂和形成，以及能量变化。
步骤 3：计算实验I的平均反应速率
根据实验I的数据，计算前10分钟内CH_3OH的平均反应速率。
步骤 4：比较实验I和实验II的平衡浓度
根据实验I和实验II的条件，比较平衡时CH_3OH的浓度。
步骤 5：判断反应方向
根据反应10分钟时的浓度和平衡常数，判断反应的方向。