Question

（14分）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，它們與CO2可發(fā)生如下可逆反應(yīng)：

反應(yīng)Ⅰ：2NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g) (NH4)2CO3(aq)ΔH1

反應(yīng)Ⅱ：NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g) NH4HCO3(aq)ΔH2

反應(yīng)Ⅲ：(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g) 2NH4HCO3(aq)ΔH3

請回答下列問題：

(1)ΔH3與ΔH1、ΔH2之間的關(guān)系是：ΔH3＝ 。

(2) 反應(yīng)Ⅲ的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為 。

(3)為研究溫度對(NH4)2CO3捕獲CO2效率的影響，在某溫度T1下，將一定量的(NH4)2CO3溶液置于密閉容器中，并充入一定量的CO2氣體(用氮?dú)庾鳛橄♂寗?，在t時刻，測得容器中CO2氣體的濃度。然后分別在溫度為T2、T3、T4、T5下，保持其他初始實(shí)驗(yàn)條件不變，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過相同時間測得CO2氣體濃度，得到趨勢圖(見圖1)。則：

①ΔH3 0(填“＞”、“＝”或“＜”)。

②在T1～T2及T4～T5兩個溫度區(qū)間，容器內(nèi)CO2氣體濃度呈現(xiàn)如圖1所示的變化趨勢，其原因是

。

③反應(yīng)Ⅲ在溫度為T1時，溶液pH隨時間變化的趨勢曲線如圖2所示。當(dāng)時間到達(dá)t1時，將該反應(yīng)體系溫度迅速上升到T2，并維持該溫度。請?jiān)谠搱D中畫出t1時刻后溶液的pH變化總趨勢曲線。

圖1 圖2

(4)利用反應(yīng)Ⅲ捕獲CO2，在(NH4)2CO3初始濃度和體積確定的情況下，提高CO2吸收量的措施有

。

(5)下列物質(zhì)中也可以作為CO2捕獲劑的是 。

A．NH4Cl B．Na2CO3 C．HOCH2CH2OH D．HOCH2CH2NH2

 

Answer 1

(1)2ΔH2－ΔH1 (2) K＝c2 (NH4HCO3) /｛c [(NH4)2CO3)]·c(CO2)｝

(3)①＜ �、赥1～T2區(qū)間，化學(xué)反應(yīng)未達(dá)到平衡，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越快，所以CO2被捕獲的量隨溫度升高而提高。T4～T5區(qū)間，化學(xué)反應(yīng)已達(dá)到平衡，由于正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以不利于CO2捕獲

③ (4)降低溫度，增加CO2濃度(或分壓) (5)BD

【解析】

試題分析：（1）將反應(yīng)Ⅰ倒過來書寫：（NH4）2CO3 （aq）2NH3 （l）+H2O （l）+CO2 （g）-△H1，將反應(yīng)Ⅱ×2：2NH3 （l）+2H2O （l）+2CO2 （g）2NH4HCO3 （aq）    2△H2，得：（NH4）2CO3 （aq）+H2O （l）+CO2 （g）2NH4HCO3 （aq）△H3=2△H2-△H1 。

（2）化學(xué)平衡常數(shù)是在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，因此反應(yīng)Ⅲ的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝c2 (NH4HCO3) /｛c [(NH4)2CO3)]·c(CO2)｝。

（3）①由圖1可知：在溫度為T3時反應(yīng)達(dá)平衡，此后溫度升高，c（CO2）增大，平衡逆向移動，說明反應(yīng)Ⅲ是放熱反應(yīng)△H3＜0。

②T1～T2區(qū)間，化學(xué)反應(yīng)未達(dá)到平衡，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越快，所以CO2被捕獲的量隨溫度升高而提高。T4～T5區(qū)間，化學(xué)反應(yīng)已達(dá)到平衡，由于正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以不利于CO2捕獲。

③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，。

（4）根據(jù)平衡移動原理，降低溫度或增大c（CO2）。

（5）具有堿性的物質(zhì)均能捕獲CO2，反應(yīng)如下：Na2CO3+CO2+H2O＝2NaHCO3；HOCH2CH2NH2+CO2+H2O＝HOCH2CH2NH3++HCO3-；故答案為B、D。

考點(diǎn)：考查熱化學(xué)方程式書寫，化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡移動和化學(xué)方程式書寫等