Question

7．工業(yè)利用NaOH溶液或氨水噴淋捕捉空氣中的CO₂制造甲醇，流程圖如圖1所示：

（1）下列有關(guān)捕捉空氣中的CO₂過程中的敘述不正確的有BD．
A、X選用CaO，而且要循環(huán)利用CaO與Y溶液
B、捕捉室里溫度越高越有利于CO₂ 的捕捉
C、開放高效光催化劑分解水制氫氣，是降低合成甲醇成本的有效途徑
D、該捕捉CO₂技術(shù)的應(yīng)用有利于緩解全球變暖，而且能耗小
（2）在捕捉室用稀氨水噴淋“捕捉”空氣中的CO₂時(shí)，有NH₂COONH₄（氨基甲酸胺）生成．現(xiàn)將一定量純凈的氨基甲酸胺置于特制的密閉真空容器中（假設(shè)容器體積不變，固體試樣體積忽略不計(jì)），在恒定溫度下使反應(yīng)
NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g）達(dá)到分解平衡．實(shí)驗(yàn)測(cè)得不同溫度及反應(yīng)時(shí)間（t₁＜t₂＜t₃）的有關(guān)表：氨基甲酸銨分解時(shí)溫度、氣體總濃度及反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系

	15	25	35
0	0	0	0
t1	0.9×10-3	2.7×10-3	8.1×10-3
t2	2.4×10-3	4.8×10-3	9.4×10-3
t3	2.4×10-3	4.8×10-3	9.4×10-3

①氨基甲酸胺分解反應(yīng)為吸熱反應(yīng)（選填“吸熱”、“放熱”）．在25℃，0-t₁時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生氨氣的平均速率為：$\frac{1.8}{{t}_{1}}$×10^-3mol/（L．min）．
②根據(jù)表中數(shù)據(jù)換算出，15℃時(shí)合成反應(yīng)2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄（s）平衡常數(shù)K約為4.9×10⁸．
（3）以捕捉到的CO₂與H₂為原料可合成甲醇（CH₃OH），其反應(yīng)的化學(xué)方程為：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）；△H＜0．
①將1mol CO₂和3mol H₂充入恒溫恒壓的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，CO₂消耗速率v（CO₂）與時(shí)間關(guān)系如圖2所示．若在時(shí)間t₁時(shí)，向容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，請(qǐng)?jiān)趫D中畫出CH₃OH生成速率v（CH₃OH）與時(shí)間的關(guān)系曲線．
②在一個(gè)恒溫固定容積的密閉容器中，加入1mol CO₂和3mol H₂，充分反應(yīng)后達(dá)到平衡放出熱量為aKJ．若在原來的容器中加入2mol CO₂和6mol H₂，在相同溫度下充分反應(yīng)，達(dá)到平衡放出熱量為bKJ．則a和b滿足的關(guān)系b＞2a．

Answer 1

分析 （1）A．NaOH溶液或氨水噴淋捕捉空氣中的CO₂會(huì)得到碳酸氫鈉、碳酸氫銨溶液，加入CaO，會(huì)得到碳酸鈣，氫氧化鈉或氨氣，氫氧化鈉與氨氣可以循環(huán)利用，碳酸鈣分解得到CuO與二氧化碳，CaO循環(huán)利用；
B．溫度過高，碳酸氫鈉、碳酸氫銨容易分解；
C．開放高效光催化劑分解水制氫氣，可以降低能耗；
D．碳酸鈣分解能耗大，制備氫氣能耗大；
（2）①不同溫度條件下，t₂、t₃時(shí)刻混合氣體總濃度不變，說明t₂時(shí)刻均到達(dá)平衡，而升高溫度平衡時(shí)混合氣體總濃度增大，說明升高溫度平衡正向移動(dòng)；
由方程式可知混合氣體中氨氣與二氧化碳的濃度之比為2：1，計(jì)算氨氣的濃度，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算氨氣表示的反應(yīng)速率；
②氨氣與二氧化碳的濃度之比為2：1，可以計(jì)算氨氣、二氧化碳各自濃度，再根據(jù)K=$\frac{1}{{c}^{2}（N{H}_{3}）×c（C{O}_{2}）}$計(jì)算平衡常數(shù)；
（3）①向容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，平衡正向移動(dòng)，瞬間CH₃OH生成速率v（CH₃OH）增大，但小于二氧化碳起始速率，恒溫恒壓下，與原平衡為等效平衡，平衡時(shí)二氧化碳的濃度相等，其速率與原平衡相等，由于二氧化碳與甲醇為1：1反應(yīng)，故平衡時(shí)二氧化碳的生成速率與甲醇的生成速率相等；
②恒溫恒容下，在原來的容器中加入2mol CO₂和6mol H₂，與開始加入1mol CO₂和3mol H₂相比，壓強(qiáng)增大一倍，平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大．

解答 解：（1）A．NaOH溶液或氨水噴淋捕捉空氣中的CO₂會(huì)得到碳酸氫鈉、碳酸氫銨溶液，加入CaO，會(huì)得到碳酸鈣，氫氧化鈉或氨氣，氫氧化鈉與氨氣可以循環(huán)利用，碳酸鈣分解得到CuO與二氧化碳，CaO循環(huán)利用，故A正確；
B．溫度過高，碳酸氫鈉、碳酸氫銨容易分解，不利于二氧化碳的捕捉，故B錯(cuò)誤；
C．開放高效光催化劑分解水制氫氣，可以降低能耗，故C正確；
D．捕捉到的CO₂可制備其它化工產(chǎn)品，減少了溫室氣體排放，但碳酸鈣分解能耗大，制備氫氣能耗大，故D錯(cuò)誤．
故選：BD；
（2）①不同溫度條件下，t₂、t₃時(shí)刻混合氣體總濃度不變，說明t₂時(shí)刻均到達(dá)平衡，而升高溫度平衡時(shí)混合氣體總濃度增大，說明升高溫度平衡正向移動(dòng)，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，
由方程式可知混合氣體中氨氣與二氧化碳的濃度之比為2：1，在25℃，0-t₁時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生氨氣濃度為2.7×10^-3mol/L×$\frac{2}{3}$=1.8×10^-3mol/L，則氨氣的平均速率為：$\frac{1.8×1{0}^{-3}mol/L}{{t}_{1}min}$=$\frac{1.8}{{t}_{1}}$×10^-3mol/（L．min），
故答案為：吸熱；$\frac{1.8}{{t}_{1}}$×10^-3mol/（L．min）；
②氨氣與二氧化碳的濃度之比為2：1，15℃平衡時(shí)氨氣濃度為2.4×10^-3mol/L×$\frac{2}{3}$=1.6×10^-3mol/L，二氧化碳的濃度為2.4×10^-3mol/L-1.6×10^-3mol/L=8×10^-4mol/L，則平衡常數(shù)K=$\frac{1}{{c}^{2}（N{H}_{3}）×c（C{O}_{2}）}$=$\frac{1}{（1.6×1{0}^{-3}）^{2}×8×1{0}^{-4}}$=4.9×10⁸，
故答案為：4.9×10⁸；
（3）①向容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，平衡正向移動(dòng)，瞬間CH₃OH生成速率v（CH₃OH）增大，但小于二氧化碳起始速率，恒溫恒壓下，與原平衡為等效平衡，平衡時(shí)二氧化碳的濃度相等，其速率與原平衡相等，由于二氧化碳與甲醇為1：1反應(yīng)，故平衡時(shí)二氧化碳的生成速率與甲醇的生成速率相等，CH₃OH生成速率v（CH₃OH）與時(shí)間的關(guān)系曲線為：，
故答案為：；
②恒溫恒容下，在原來的容器中加入2mol CO₂和6mol H₂，與開始加入1mol CO₂和3mol H₂相比，壓強(qiáng)增大一倍，平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大，則放出的熱量b＞2a，
故答案為：b＞2a．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)技術(shù)、化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素，試題培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決問題的能力，（3）中作圖為易錯(cuò)點(diǎn)，學(xué)生容易作出變化趨勢(shì)，忽略變化瞬間與平衡時(shí)速率．