Question

6．减少二氧化碳的排放以及资源化利用具有重要意义．
（1）有科学家提出可利用FeO吸收和利用CO₂，相关热化学方程式如下：6FeO（s）+CO₂（g）═2Fe₃O₄（s）+C（s）△H=-76.0kJ•mol^一1，
C（s）+2H₂O（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H=+113.4kJ•mol^一1；
则反应：3FeO（s）+H₂O（g）═Fe₃O₄（s）+H₂（g）的△H=+18.7kJ•mol^-1．
（2）目前 （NH₄）₂CO₃已经被用作工业捕碳剂，为研究温度对（NH₄）₂CO₃捕获CO₂效率的影响，在T₁温度下，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：
①该反应的△H＜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T₁～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该反应在温度为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．
（3）利用该反应捕获CO₂，在（NH₄）₂CO₃初始浓度和体积确定的情况下，提高CO₂吸收量的措施有降低温，增加CO₂浓度（或分压）（写出两条）．

Answer 1

分析 （1）①6FeO（s）+CO₂（g）═2Fe₃O₄（s）+C（s）△H=-76.0kJ•mol^一1，
②C（s）+2H₂O（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H=+113.4kJ•mol^一1；
依据盖斯定律计算（①+②）×$\frac{1}{2}$得到反应的热化学方程式；
（2）①温度升高，c（CO₂）增大，平衡逆向移动，说明反应Ⅲ是放热反应（△H＜0）；
②T₁-T₂区间，化学反应未达到平衡状态，温度越高，化学反应速率越快，所以CO₂被捕获的量随着温度的升高而提高．T₃-T₄区间，化学反应已达到平衡状态，由于正反应为放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，所以不利于CO₂的捕获
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；
（3）根据平衡移动原理分析；

解答 解：（1）①6FeO（s）+CO₂（g）═2Fe₃O₄（s）+C（s）△H=-76.0kJ•mol^一1，
②C（s）+2H₂O（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H=+113.4kJ•mol^一1；
依据盖斯定律计算（①+②）×$\frac{1}{2}$得到反应：3FeO（s）+H₂O（g）═Fe₃O₄（s）+H₂（g）的△H=+18.7 kJ•mol^-1，
故答案为：+18.7 kJ•mol^-1；
（2）①由图1可知：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△H＜0，
故答案为：＜；
②在T₃前反应未建立平衡，无论在什么温度下（NH₄）₂CO₃ （aq）总是捕获CO₂，故c（CO₂）减小，T₁-T₂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．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的捕获，
故答案为：T₁-T₂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．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的捕获；
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，；
故答案为：

（3）在（NH₄）₂CO₃初始浓度和体积确定的情况下，提高CO₂吸收量，（NH₄）₂CO₃（aq）+H₂O（l）+CO₂（g）?2（NH₄）₂HCO₃（aq）△H＜0，根据平衡移动原理，降低温度或增大c（CO₂）（或分压），
故答案为：降低温度，增加CO₂浓度（或分压）；

点评 本题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，题目综合性较强，难度中等．