Question

【題目】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和環(huán)保要求不斷提高，CO2的捕集利用技術(shù)成為研究的重點。

I.工業(yè)上使用的捕碳劑有NH3和(NH4)2CO3，它們與CO2可發(fā)生如下可逆反應(yīng)：

NH3(l)+H2O(l)+CO2(g) NH4HCO3(aq) ΔH1

2NH3(l)+H2O(l)+CO2(g) (NH4)2CO3(aq) ΔH2

(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g) 2NH4HCO3(aq) ΔH3

則ΔH3 =______（用含ΔH1 、ΔH2 的代表式表示）。

II.目前國際空間站處理CO2的一個重要方法是將CO2還原，所涉及的化學(xué)反應(yīng)方程式為：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)，已知：H2的體積分數(shù)隨溫度的升高而增加。

（1）該反應(yīng)的ΔS_____0（填“>”、“=”、“<”），該反應(yīng)的ΔH____0（填“>”、“<”）。

（2）在恒容密閉容器中通入等物質(zhì)的量的CO2和H2并發(fā)生上述反應(yīng)，溫度T下，CO2物質(zhì)的量濃度c（CO2）隨時間t變化的曲線如下圖所示。下列能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是___。

A.體系壓強保持不變

B.混合氣體密度保持不變

C.甲烷和水蒸氣的物質(zhì)的量之比保持不變

D.H2的質(zhì)量分數(shù)保持不變

（3）溫度T下，反應(yīng)前20秒的平均速率v（H2）= _________（用含a、b的代數(shù)式表示）。

（4）溫度T下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_________（用含a、b的代數(shù)式表示）。

（5）若降低溫度，反應(yīng)重新達到平衡，則v（正）_________；CO2轉(zhuǎn)化率_________（填“增大”“減小”或“不變”）。

III.工業(yè)上常用高濃度的K2CO3溶液吸收CO2，得溶液X，再利用電解法使K2CO3溶液再生，其裝置示意圖如下：

①在陽極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)包括_________和H++HCO3-=CO2↑+H2O。

②簡述CO32-在陰極區(qū)再生的原理：_________。

Answer 1

【答案】 2ΔH1－ΔH2 < < A、D （a－b）/5mol/(L·s) 減小 增大 4OH－－4e－＝2H2O+ O2↑ 陰極H+放電產(chǎn)生H2，OH－濃度變大并與HCO3－反應(yīng)使CO32－ 再生。

【解析】試題分析：以CO2的捕集利用技術(shù)為題材，重點考查蓋斯定律、化學(xué)反應(yīng)進行的方向、化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的建立、化學(xué)平衡的移動、平衡常數(shù)、電解原理等知識，考查考生應(yīng)用已有知識解決實際問題的能力。

解析：Ⅰ.根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)3等于2×反應(yīng)1 –反應(yīng)2，所以ΔH3=2ΔH1-ΔH2。正確答案：2ΔH1-ΔH2 。

Ⅱ.（1）這是一個氣體體積減小的反應(yīng)，所以反應(yīng)熵變ΔS<0。因為溫度升高時，平衡體系H2的體積分數(shù)增大，即平衡逆向移動，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH<0。（2）A 、反應(yīng)正向進行時，氣體物質(zhì)的量減小，反應(yīng)逆向進行時，氣體物質(zhì)的量增大。當容器體積不變時，二者都會導(dǎo)致體系壓強改變，所以體系壓強不變的狀態(tài)也一定是化學(xué)平衡狀態(tài)，A正確。B、由于反應(yīng)進行過程中氣體的質(zhì)量始終保持不變，容器體積不變時，混合氣體密度始終不變，所以混合氣體體積不變時不一定是化學(xué)平衡狀態(tài)，B錯誤。C、反應(yīng)開始時只有CO2和H2，所以生成的CH4與H2O物質(zhì)的量之比始終為1:2，則CH4與H2物質(zhì)的量之比保持不變時不一定是化學(xué)平衡狀態(tài)，C錯誤。D、反應(yīng)正向進行時H2質(zhì)量分數(shù)減小，反應(yīng)逆向進行時H2質(zhì)量分數(shù)增大，所以H2質(zhì)量分數(shù)不變時，一定是該反應(yīng)處于化學(xué)平衡狀態(tài)，D正確。正確答案：AD。（3）前20秒△c(CO2)=(a-b)mol/L，則v(CO2)= ，v(H2)= 。正確答案：（4）平衡建立過程中，反應(yīng)消耗CO2 (a-b)mol/L，則參加反應(yīng)的H2為 4(a-b)mol/L，生成CH4 (a-b)mol/L、H2O 2(a-b) mol/L，所以反應(yīng)達到平衡時，CO2 bmol/L，H2 [a-4(a-b)]mol/L=(4b-3a)mol/L ，CH4 (a-b) mol/L，H2O 2(a-b) mol/L， 。正確答案：。（5）溫度降低時，化學(xué)反應(yīng)速率減小，重新建立平衡后，v(正)也減小。由于該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度后平衡正向移動，所以CO2的轉(zhuǎn)化率增大。正確答案：減小、增大。Ⅲ.K2CO3溶液吸收CO2生成KHCO3，溶液中存在的離子包括K+、H+、HCO3-、CO32-、OH-。①電解時還原性最強的OH-在陽極放電生成O2，反應(yīng)原理為4OH--4e-=2H2O+O2↑，反應(yīng)的OH-來源于水，所以電解時陽極產(chǎn)生H+，H++HCO3-=CO2↑+H2O。②陰極區(qū)氧化性最強的H+放電生成H2，H+主要來源于水，所以電解時陰極產(chǎn)生OH-，OH-+HCO3-=H2O+CO32-，使CO32-得到再生。正確答案：4OH--4e-=2H2O+O2↑、 陰極H+放電產(chǎn)生H2，OH-濃度變大并與HCO3－反應(yīng)使CO32－ 再生。