问题 填空题

(14分)捕碳技术(主要指捕获CO2)在降低温室气体排放中具有重要的作用。目前NH3和(NH4)2CO3已经被用作工业捕碳剂,它们与CO2可发生如下可逆反应:

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

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

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

请回答下列问题:

(1)ΔH3与ΔH1、ΔH2之间的关系是:ΔH3            

(2) 反应Ⅲ的化学平衡常数表达式为                      

(3)为研究温度对(NH4)2CO3捕获CO2效率的影响,在某温度T1下,将一定量的(NH4)2CO3溶液置于密闭容器中,并充入一定量的CO2气体(用氮气作为稀释剂),在t时刻,测得容器中CO2气体的浓度。然后分别在温度为T2、T3、T4、T5下,保持其他初始实验条件不变,重复上述实验,经过相同时间测得CO2气体浓度,得到趋势图(见图1)。则:

①ΔH3       0(填“>”、“=”或“<”)。

②在T1~T2及T4~T5两个温度区间,容器内CO2气体浓度呈现如图1所示的变化趋势,其原因是   

                     

③反应Ⅲ在温度为T1时,溶液pH随时间变化的趋势曲线如图2所示。当时间到达t1时,将该反应体系温度迅速上升到T2,并维持该温度。请在该图中画出t1时刻后溶液的pH变化总趋势曲线。

  

图1                               图2

(4)利用反应Ⅲ捕获CO2,在(NH4)2CO3初始浓度和体积确定的情况下,提高CO2吸收量的措施有   

   

(5)下列物质中也可以作为CO2捕获剂的是       

A.NH4Cl

B.Na2CO3

C.HOCH2CH2OH

D.HOCH2CH2NH2

答案

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

(3)①<   ②T1~T2区间,化学反应未达到平衡,温度越高,化学反应速率越快,所以CO2被捕获的量随温度升高而提高。T4~T5区间,化学反应已达到平衡,由于正反应是放热反应,温度升高平衡向逆反应方向移动,所以不利于CO2捕获

(4)降低温度,增加CO2浓度(或分压)     (5)BD

题目分析:(1)将反应Ⅰ倒过来书写:(NH42CO3(aq)2NH3(l)+H2O (l)+CO2(g)-△H1,将反应Ⅱ×2:2NH3(l)+2H2O (l)+2CO2(g)2NH4HCO3(aq)   2△H2,得:(NH42CO3(aq)+H2O (l)+CO2(g)2NH4HCO3(aq)△H3=2△H2-△H1

(2)化学平衡常数是在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值,因此反应Ⅲ的化学平衡常数表达式为K=c2 (NH4HCO3) /{c [(NH4)2CO3)]·c(CO2)}。

(3)①由图1可知:在温度为T3时反应达平衡,此后温度升高,c(CO2)增大,平衡逆向移动,说明反应Ⅲ是放热反应△H3<0。

②T1~T2区间,化学反应未达到平衡,温度越高,化学反应速率越快,所以CO2被捕获的量随温度升高而提高。T4~T5区间,化学反应已达到平衡,由于正反应是放热反应,温度升高平衡向逆反应方向移动,所以不利于CO2捕获。

③反应Ⅲ在温度为T1时建立平衡后(由图2可知:溶液pH不随时间变化而变化),迅速上升到T2并维持温度不变,平衡逆向移动,溶液pH增大,在T2时又建立新的平衡,图象应为,

(4)根据平衡移动原理,降低温度或增大c(CO2)。

(5)具有碱性的物质均能捕获CO2,反应如下:Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3;HOCH2CH2NH2+CO2+H2O=HOCH2CH2NH3++HCO3-;故答案为B、D。

单项选择题
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