Question

19．二氧化碳的捕集与利用是实现温室气体减排的重要途径之一．
（1）目前工业上用的捕碳剂NH₃和（NH₄）₂CO₃，它们与CO₂发生如下可逆反应：
2NH₃（l）+H₂O（l）+CO₂（g）?（NH₄）₂CO₃（aq）K₁
NH₃（l）+H₂O（l）+CO₂（g）?NH₄HCO₃（aq）K₂
（NH₄）₂CO₃（aq）+H₂O（l）+CO₂（g）?2NH₄HCO₃（aq）K₃
则K₃=$\frac{{{K}_{2}}^{2}}{{K}_{1}}$（用含K₁、K₂的代数式表示）
（2）利用CO₂制备乙烯是我国能源领域的一个重要战略方向，具体如下：
方法一：CO₂催化加氢合成乙烯，其反应为：
2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H=a kJ•mol^-1
起始时按n（CO₂）：n（H₂）=1：3的投料比充入20L的恒容密闭容器中，不同温度下平衡时的H₂和H₂O的物质的量如图甲所示

①下列说法正确的是AC；
A．该反应正反应的活化能小于逆反应的活化能
B．其它条件不变时，若压缩容器容积，则活化分子百分数增大，v_正和v_逆均增大
C．测得容器内混合气体平均分子量不随时间改变时，说明反应已达到平衡
D．使用合适的催化剂，催化剂改变反应历程，减小反应焓变，加快反应速率
②393K下，H₂的平衡转化率为67.4%（保留三位有效数字）；
③393K下，该反应达到平衡后，再向容器中按n（CO₂）：n（H₂）=1：3投入CO₂和H₂则n（H₂）：n（C₂H₄）将变小（填“变大”或“不变”或“变小”或“无法确定”）；
方法二：用惰性电极电解强酸性的二氧化碳水溶液可得到乙烯，其原理如图乙所示．
④b电极上的电极反应式为2CO₂+12e^-+12H⁺=C₂H₄+4H₂O；
⑤该装置中使用的是阳（填“阳”或“阴”）离子交换膜．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律，热化学方程式Ⅱ×2-热化学方程式Ⅰ可得热化学方程式Ⅲ，从而得出目标反应Ⅲ的焓变△H₃；
（2）①A．使用催化剂，可降低反应活化能，加快反应速率；
B．其它条件不变时，若扩大容器容积，则U_正减小，v_逆减小；
C．反应前后气体物质的量减小，气体质量不变，测得容器内混合气体平均分子量不随时间改变时，说明反应已达到平衡；
D．反应使用合适的催化剂，催化剂改变反应历程，不改变反应焓变，加快反应速率；
②根据三行式求平衡时各物质的量，然后根据转化率等于$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
③393K下，该反应达到平衡后，再向容器中按n（CO₂）：n（H₂）=1：3投入CO₂和H₂，相当于增大压强，平衡正向移动；
④电解时，二氧化碳在b极上得电子发生还原反应生成乙烯；
⑤离子交换只允许氢离子通过，所以是阳离子交换膜．

解答 解：（1）反应Ⅰ：2NH₃（l）+H₂O（l）+CO₂（g）═（NH₄）₂CO₃（aq）△H₁
反应Ⅱ：NH₃（l）+H₂O（l）+CO₂（g）═NH₄HCO₃（aq）△H₂
根据盖斯定律Ⅱ×2-Ⅰ可得：（NH₄）₂CO₃（aq）+H₂O （l）+CO₂（g）?2NH₄HCO₃（aq）△H₃=2△H₂-△H₁，所以K₃=$\frac{{{K}_{2}}^{2}}{{K}_{1}}$，
故答案为：$\frac{{{K}_{2}}^{2}}{{K}_{1}}$；
（2）①A．使用催化剂，可降低反应活化能，加快反应速率，故A正确；
B．其它条件不变时，若扩大容器容积，则U_正减小，v_逆减小，故B错误；
C．反应前后气体物质的量减小，气体质量不变，测得容器内混合气体平均分子量不随时间改变时，说明反应已达到平衡，故C正确；
D．反应使用合适的催化剂，催化剂改变反应历程加快反应速率，不改变化学平衡，不改变反应焓变，故D错误；
故答案为：AC；
②图象分析可知，393K时平衡状态下水的物质的量为58mol，结合化学平衡三行计算列式，设起始量二氧化碳和氢气分别为amol，3amol，
        2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）
初起：a                3a                 0                0
变化：29               3a-42=87       14.5            58
平衡：a-29              42               14.5            58
所以a=43，
转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%=$\frac{29}{43}$×100%=67.4%，
故答案为：67.4%；
③393K下，该反应达到平衡后，再向容器中按n（CO₂）：n（H₂）=1：3投入CO₂和H₂，相当于增大压强，平衡正向移动，所以则n（H₂）/n（C₂H₄）将变小，
故答案为：变小；
④电解时，二氧化碳在b极上得电子发生还原反应生成乙烯，电极反应式为2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O，
故答案为：2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O；
⑤离子交换只允许氢离子通过，所以是阳离子交换膜，
故答案为：阳．

点评 本题为综合题，考查热化学方程式书写方法和盖斯定律的计算应用，化学平衡常数、反应速率的影响因素分析，明确化学平衡相关规律、清楚图象含义是解题关键，题目难度中等．