Question

【题目】捕碳技术是指从空气中捕获二氧化碳的各种科学技术的统称。许多科学家认为从空气中捕获二氧化碳不仅在理论上可行，很快还会成为一个对付全球变暖的实用武器；目前NH3和(NH4)2CO3等物质已经被用作工业捕碳剂。

(1)下列物质中不可能作为CO2捕获剂的是___________。

A．Na2CO3 B．HOCH2CH2NH2 C．CH3CH2OH D．NH4Cl

(2)工业上用NH3捕碳可合成CO (NH2)2：

已知：①标准状况下，11.2L NH3与足量CO2完全反应生成NH2CO2 NH4 (s)时放出39.8kJ的热量；②NH2CO2 NH4 (s)= CO(NH2)2(s)+ H2O(g) △H=+72.5 KJ·mol-1。

则2NH3(g)＋CO2(g)=CO(NH2)2(s)+ H2O(g)的△H=_____________KJ·mol-1。

(3)用(NH4)2CO3捕碳的反应如下：

(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g) 2(NH4)2HCO3(aq)。为研究温度对(NH4)2CO3捕获CO2效率的影响，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，保持其它初始实验条件不变，分别在不同温度下，经过相同时间测得CO2气体浓度，得到趋势图：

①c点的逆反应速率和d点的正反应速率的大小关系为Ｖ逆c _____Ｖ正d (填“＞”、“＝”或“＜”)

②b、c、d三点的平衡常数K b 、K c、 Kd 从大到小的顺序为 _____________。(填“＞”、“＝”或“＜”)

③在T2～T4温度区间，容器内CO2气体浓度呈现先减小后增大的变化趋势，其原因是________。

(4)用碱性溶液也可捕碳：在常温下，将0.04mol CO2通入200mL 0.2mol/L的Na2S溶液中，已知： H2CO3的电离平衡常数：K1=4.3×10—7、K2=5.6×10—11；H2S的电离平衡常数：K1=5.0×10—8、K2=1.1×10—12。回答下列问题

①发生反应的离子方程式为_____________________________

②充分反应后下列关系式中正确的是_____________________

A．(Na+)+c(H+)=c(HS-)+2c(S2-)+c(OH-)

B．c(CO32-)+ c(HCO3-)+ c(H2CO3)>c(H2S)+c(HS-)+c(S2-)

C．c(Na+)>c(HCO3-)>c(HS-)>c(OH-)

③计算反应后的溶液中c(H2S).c(OH-)/c(HS-)的值为______________

Answer 1

【答案】C D -86.7 < K b＞K c＞Kd T2-T3区间，化学反应未达到平衡，温度越高，化学反应的速率越快，所以CO2被捕获的量随温度升高而提高。T3-T4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的捕获 CO2+S2—+H2O=HCO3—+HS— C 2×10—7

【解析】

(1)二氧化碳是酸性氧化物,能够与碱性的物质发生反应；

(2)根据盖斯定律进行计算；

(3)①温度高反应速率快，据此分析c点的逆反应速率和d点的正反应速率的大小关系；

②该反应正反应为放热反应，温度升高，平衡左移，平衡常数减小，据此进行分析；

③T2-T3区间，化学反应未达到平衡，温度越高，化学反应的速率越快；T3-T4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的捕获；据此进行分析。

(4)①根据电离平衡常数可知酸性由大到小顺序：H2CO3>H2S>HCO3->HS-，根据强酸制备弱酸规律，分析该反应的产物；

②充分反应后所得溶液为碳酸氢钠和硫氢化钠；根据物料守恒、电荷守恒进行分析，根据两种酸式盐水解的能力进行分析；

③c(H2S)×c(OH-)/c(HS-)=c(H2S)×c(OH-)×c(H+)/c(HS-)c(H+)=KW/Ka1，据此进行计算。

(1)二氧化碳是酸性氧化物,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-；而CH3CH2OH显中性，NH4Cl溶液显酸性均不与CO2反应，不能做CO2捕获剂；

因此，本题正确答案是: C D。

(2)①标准状况下，11.2L NH3的物质的量为0.5mol，与足量CO2完全反应生成NH2CO2 NH4 (s)时放出39.8kJ的热量，则2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2 NH4 (s)，△H=-39.8×4=-159.2KJ·mol-1；②NH2CO2 NH4 (s)= CO(NH2)2(s)+ H2O(g) △H=+72.5 KJ·mol-1。

根据盖斯定律可知：①+②可得2NH3(g)＋CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H=-159.2KJ·mol-1+72.5KJ·mol-1=-86.7KJ·mol-1。

综上所述。本题答案是：-86.7。

(3)①针对于同一个反应来讲，温度高反应速率快，d点温度大于c点的温度，所以c点的逆反应速率和d点的正反应速率的大小关系为Ｖ逆c ＜Ｖ正d；

综上所述，本题答案是：＜。

②在图1中CO2的浓度存在一最低点,则在T1～T2区间,反应未达到化学平衡,温度升高,反应速率加快,CO2被捕捉的量增加,剩余CO2的浓度减小；T4～T5区间,反应已达到化学平衡,升高温度剩余CO2的浓度增大,即升高温度,反应平衡向左移动,因此正反应为放热反应,即ΔH3<0，所以温度升高，平衡常数减小，因此b、c、d三点的平衡常数K b 、K c、Kd 从大到小的顺序为 K b＞K c＞Kd；

综上所述，本题答案是; K b＞K c＞Kd。

③T2-T3区间，化学反应未达到平衡，温度越高，化学反应的速率越快，所以CO2被捕获的量随温度升高而提高。T3-T4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的捕获；所以在T2～T4温度区间，容器内CO2气体浓度呈现先减小后增大的变化趋势；

综上所述，本题答案是：T2-T3区间，化学反应未达到平衡，温度越高，化学反应的速率越快，所以CO2被捕获的量随温度升高而提高。T3-T4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的捕获。

(4)①根据电离平衡常数可知，酸性大小顺序：H2CO3>H2S>HCO3->HS-，所以将0.04molCO2通入200mL0.2mol/L的Na2S溶液中，n(CO2)：n(Na2S)=1:1反应生成碳酸氢钠和硫氢化钠，发生反应的离子方程式为CO2+S2—+H2O=HCO3—+HS—；

综上所述，本题答案是：CO2+S2—+H2O=HCO3—+HS—；

②据①分析可知，充分反应后所得溶液为碳酸氢钠和硫氢化钠，

A．溶液中存在电荷守恒，(Na+)+c(H+)=c(HS-)+2c(S2-)+c(OH-)+c(HCO3-)+2c(CO32-), A错误；

B．同浓度的同体积的碳酸氢钠和硫氢化钠，二者溶质的物质的量相等，因此根据物料守恒可知：c(CO32-)+c(HCO3-)+c(H2CO3)=c(H2S)+c(HS-)+c(S2-)，B错误；

C．碳酸氢钠溶液的Kh=KW/Ka1=10-14/4.3×10-7=1/4.3×10-7；硫氢化钠溶液的Kh=KW/Ka1=10-14/5.0×10—8=1/5×10-6，碳酸氢钠溶液的水解能力小于硫氢化钠溶液的水解能力，所以c(Na+)>c(HCO3-)>c(HS-)>c(OH-)；C正确；

综上所述，本题答案是：C。

③c(H2S)×c(OH-)/c(HS-)=c(H2S)×c(OH-)×c(H+)/c(HS-)c(H+)=KW/Ka1=10-14/5.0×10-8=1/5×10—6=2×10-7；

综上所述，本题答案是：2×10-7。