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）?NH₄HCO₃（aq）△H₂
反應(yīng)Ⅲ：（NH₄）₂CO₃（aq）+H₂O（l）+CO₂（g）?2NH₄HCO₃（aq）△H₃
請回答下列問題：
（1）△H₃與△H₁、△H₂之間的關(guān)系是：△H₃=

 

．
（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：
①△H₃

 

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．請在該圖中畫出t₁時刻后溶液的pH變化總趨勢曲線．
 
（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

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡的影響因素,物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律來確定焓變值間的關(guān)系；
（2）平衡常數(shù)等于產(chǎn)物平衡濃度系數(shù)次冪之積和反應(yīng)物平衡濃度系數(shù)次冪之積的比值；
（3）①根據(jù)溫度升高，反應(yīng)向著吸熱方向進(jìn)行，反之，向著放熱方向進(jìn)行來判斷；
②根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素來回答；
③溫度迅速上升到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，據(jù)此來作圖即可；
（4）根據(jù)平衡移動原理，提高CO₂吸收量，即使得平衡正向移動即可；
（5）二氧化碳是酸性氧化物，具有堿性的物質(zhì)可以和其反應(yīng)．

解答： 解：（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．
故答案為：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)

，故答案為：

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，故答案為：＜；
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，
故答案為：T₁～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，故答案為：；
（4）根據(jù)平衡移動原理，提高CO₂吸收量，即使得平衡正向移動即可，可以降低溫度或增大c（CO₂），故答案為：降低溫度或增大c（CO₂）；
（5）二氧化碳是酸性氧化物，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：BD．

點(diǎn)評：本題考查熱化學(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)方程式書寫等知識，注意知識的遷移和應(yīng)用是關(guān)鍵，難度大．