Question

捕碳技術(shù)（主要指捕獲CO₂）在降低溫室氣體排放中具有重要的作用，目前NH₃和（NH4）₂CO₃已經(jīng)被用作工業(yè)捕碳劑．
（1）已知CO₂與NH₃ 經(jīng)過兩步反應(yīng)可生成尿素，兩步反應(yīng)的能量變化示意圖如圖：

則NH₃（g） 與CO₂（g） 反應(yīng)生成尿素的熱化學(xué)方程式為

 

．
（2）已知CO₂與（NH₄）₂CO₃反應(yīng)如下：（NH₄）₂CO₃（aq）+H₂O（l）+CO₂（g）?2NH₄HCO₃（aq）△H＜0，該反應(yīng)在溫度為T₁時，溶液的pH隨時間變化的趨勢曲線如圖1所示．當(dāng)時間達(dá)到t₁時，將該反應(yīng)體系溫度迅速上升到T₂，并維持該溫度，在t₂達(dá)到新的平衡．請在圖1中畫出t₁時刻后溶液的pH變化總趨勢曲線．在（NH₄）₂CO₃初始濃度不變的情況下，提高CO₂吸收量的措施有：

 

，

 

（寫出2個）
（3）工業(yè)上也可用CO₂與H₂反應(yīng)生成甲醇，其反應(yīng)為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol．在T℃下，將1mol CO₂和2mol H₂充入0.5L恒容密閉容器中，測得H₂的物質(zhì)的量隨時間的變化情況如圖2所示．
①按曲線計算反應(yīng)從0到4min時，v（H₂）=

 

．
②在T℃時，若僅改變某一外界條件時，測得H₂的物質(zhì)的量隨時間的變化情況如圖2曲線Ⅱ所示，則改變的外界條件為

 

．反應(yīng)按曲線Ⅱ進(jìn)行，計算達(dá)到平衡時容器中c（CO₂）=

 

．
 ③判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡的依據(jù)為

 

 （填正確選項的字母）
A．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間改變
B.3v（H₂）正=v（CH₃OH）逆
C．混合氣體的壓強(qiáng)不隨時間改變
D．單位時間內(nèi)生成CH₃OH和H₂O的物質(zhì)的量相同

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,化學(xué)平衡的計算

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律，結(jié)合圖象分析計算得到所需熱化學(xué)方程式；
（2）反應(yīng)Ⅲ在溫度為T₁時建立平衡后（由圖2可知：溶液pH不隨時間變化而變化），迅速上升到T₂并維持溫度不變，平衡逆向移動，溶液pH增大，在T₂時又建立新的平衡，根據(jù)平衡移動原理分析；
（3）①依據(jù)圖象分析，結(jié)合反應(yīng)速率V=

△c

△t

計算氫氣反應(yīng)速率；
②根據(jù)到達(dá)平衡的時間減少，氫氣也減少，說明改變了二氧化碳的濃度，先計算出曲線 I達(dá)到平衡時的平衡常數(shù)，根據(jù)溫度不變，平衡常數(shù)不變再計算出曲線II達(dá)到平衡時CO₂的濃度；
③依據(jù)反應(yīng)平衡標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量不變分析選項．

解答： 解：（1）由圖示可知，將兩個反應(yīng)相加可得2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ/mol；
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ/mol；
（2）反應(yīng)Ⅲ在溫度為T₁時建立平衡后（由圖2可知：溶液pH不隨時間變化而變化），迅速上升到T₂并維持溫度不變，平衡逆向移動，溶液pH增大，在T₂時又建立新的平衡，圖象應(yīng)為；
根據(jù)平衡移動原理，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度平衡正向進(jìn)行，提高CO₂吸收量的措施有，降低溫度或增大c（CO₂）；
故答案為：；降低溫度；增大CO₂濃度；
（3）①按曲線計算反應(yīng)從0到4min時，v（H₂）=

2mol-1mol 0.5L

4min

=0.5mol/（L?min），故答案為：0.5mol/（L?min）；
②根據(jù)到達(dá)平衡的時間減少，氫氣也減少，平衡正移，說明增大二氧化碳的濃度；
                CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）  2       4         0         0
變化量（mol/L）  

2

3

       2        

2

3

       

2

3

平衡量（mol/L） 

4

3

       2        

2

3

        

2

3

平衡常數(shù)K=

2 3 × 2 3

4 3 ×23

=

1

24

Ⅱ圖象中 設(shè)平衡時二氧化碳濃度為x
                 CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）           4         0       0
變化量（mol/L）   1       3         1       1
平衡量（mol/L）   x         1         1       1
溫度不變，平衡常數(shù)不變K=

1×1

x×13

1

24

x=24mol/L
故答案為：增大二氧化碳的濃度；24mol/L；
③CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)；
A．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，物質(zhì)的量減小，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間改變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．v（H₂）正=3v（CH₃OH）逆，說明甲醇正逆反應(yīng)速率相同，反應(yīng)達(dá)到平衡，3v（H₂）正=v（CH₃OH）逆不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量減小，混合氣體的壓強(qiáng)不隨時間改變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．單位時間內(nèi)生成CH₃OH和H₂O的物質(zhì)的量相同，說明反應(yīng)正向進(jìn)行，不能酸鈉反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯誤；
故答案為：AC．

點(diǎn)評：本題考查了熱化學(xué)方程式書寫方法，化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡狀態(tài)影響因素分析應(yīng)用，平衡計算的理解應(yīng)用，平衡常數(shù)計算分析，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．