Question

9．二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．
（l）目前工业上使用的捕碳剂有NH₃和（NH₄）₂CO₃，它们与CO₂可发生如下可逆反应：
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K_l、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=akJ．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H₂和H₂O的物质的量如图甲所示：

①a＜0（选填“＞”或“＜”）．
②下列说法正确的是A（填字母序号）．
A．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_逆增大
C．测得容器内混合气体密度不随时间改变时，说明反应已达平衡
③393K下，H₂的平衡转化率为67.4%（保留三位有效数字）．
④393K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”、“不变”或“变小”）．
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•
⑤b电极上的电极反应式为2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O
⑥该装置中使用的是阳（“阴”或“阳”）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）①由图甲可知温度升高氢气的浓度增加，水蒸气的浓度减小，所以平衡逆向移动，由此分析；
②A．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．测得容器内混合气体密度一直不随时间改变而改变；
③根据三行式求平衡时各物质的量，然后根据转化率等于$\frac{变化量}{初始量}×100%$；
④393K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；
⑤电解时，二氧化碳在b极上得电子发生还原反应生成乙烯；
⑥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）①由图甲可知温度升高氢气的浓度增加，水蒸气的浓度减小，所以平衡逆向移动，所以正反应是放热，所以a＜0，故答案为：＜；
②A．使用催化剂，可降低反应活化能，加快反应速率，故正确；
B．其它条件不变时，若扩大容器容积，则U_正减小，v_逆减小，故错误；
C．测得容器内混合气体密度一直不随时间改变而改变，所以不一定平衡，故错误；
故选A；
③2CO₂（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=$\frac{变化量}{初始量}×100%$=$\frac{29}{43}$×100%=67.4%，
故答案为：67.4%；
④393K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；
⑤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；
⑥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．