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，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)         △H₁

反應(yīng)Ⅱ：NH₃(l)＋H₂O(l)＋CO₂(g) (NH₄)₂HCO₃(aq)        △H₂

反應(yīng)Ⅲ：(NH₄)₂CO₃(aq)＋H₂O(l)＋CO₂(g)2(NH₄)₂HCO₃(aq) △H₃

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）△H₃與△H₁、△H₂之間的關(guān)系是：△H₃       。

（2）為研究溫度對(duì)(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(shí)刻，測(cè)得容器中CO₂氣體的濃度。然后分別在溫度為T(mén)₂、T₃、T₄、T₅下，保持其它初始實(shí)驗(yàn)條件不變，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)相同時(shí)間測(cè)得CO₂氣體濃度，得到趨勢(shì)圖（見(jiàn)圖1）。則：

①△H₃       0(填＞、＝或＜)。

②在T₁～T₂及T₄～T₅二個(gè)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(shì)，

其原因是                                                     。

③反應(yīng)Ⅲ在溫度為T₁時(shí)，溶液pH隨時(shí)間變化的趨勢(shì)曲線(xiàn)如圖2所示。當(dāng)時(shí)間到達(dá)t₁時(shí)，將該反應(yīng)體系溫度上升到T₂，并維持該溫度。請(qǐng)?jiān)趫D中畫(huà)出t₁時(shí)刻后溶液的pH變化總趨勢(shì)曲線(xiàn)。

（3）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                                                            （寫(xiě)出2個(gè)）。

（4）下列物質(zhì)中也可能作為CO₂捕獲劑的是     。

A．NH₄Cl                                B．Na₂CO₃

C．HOCH₂CH₂OH                          D．HOCH₂CH₂NH₂

 

Answer 1

【答案】

（1）2△H₂-△H₁  

（2）①<

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)的速率越快，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(dòng)，所以不利于CO₂的捕獲。

③

（3）降低溫度；增加CO₂濃度（或分壓）  

（4）B、D

【解析】

（1）將反應(yīng)Ⅰ倒過(guò)來(lái)書(shū)寫(xiě)：

(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）由圖1可知：在溫度為T₃時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡，此后溫度升高，c(CO₂)增大，平衡逆向移動(dòng)，說(shuō)明反應(yīng)Ⅲ是放熱反應(yīng)(△H₃＜0)。在T₃前反應(yīng)未建立平衡，無(wú)論在什么溫度下(NH₄)₂CO₃ (aq)總是捕獲CO₂，故c(CO₂)減小。反應(yīng)Ⅲ在溫度為T₁時(shí)建立平衡后(由圖2可知：溶液pH不隨時(shí)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(dòng)，溶液pH增大，在T₂時(shí)又建立新的平衡。

（3）根據(jù)平衡移動(dòng)原理，降低溫度或增大c(CO₂)

（4）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^—。

【考點(diǎn)定位】考查熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)，化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡移動(dòng)和化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)等。