Question

（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

 

Answer 1

(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

③ (4)降低温度，增加CO2浓度(或分压) (5)BD

【解析】

试题分析：（1）将反应Ⅰ倒过来书写：（NH4）2CO3 （aq）2NH3 （l）+H2O （l）+CO2 （g）-△H1，将反应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。

考点：考查热化学方程式书写，化学反应速率、化学平衡移动和化学方程式书写等