Question

13．氨在国民经济中占有重要地位．
Ⅰ．已知合成氨反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0；在某密闭容器中充入合成氨的原料气（N₂、H₂），一定时间后达到平衡．为提高氨合成反应速率，同时使平衡向氨合成方向移动．下列措施可行的是②④⑤（填写编号）
①升高温度； ②缩小容器体积（加压）；
③选择高效催化剂；   ④在恒容条件下，再充入合成氨的原料气（N₂、H₂）；
⑤在恒容条件下，再充入原平衡的混合气；⑥在恒容条件下，分离出氨气．
Ⅱ．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）△H₁
反应Ⅱ：NH₃（l）+H₂O（l）+CO₂（g）?（NH₄）₂HCO₃（aq）△H₂
反应Ⅲ：（NH₄）₂O₃（aq）+H₂O（l）+CO₂（g）?2（NH₄）₂HCO₃（aq）△H₃
请回答下列问题：
（1）△H₃与△H₁、△H₂之间的关系是：△H₃=2△H₂-△H₁．
（2）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，保持其它初始实验条件不变，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在T₁～T₂及T₄～T₅二个温度区间，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，反应速率越快，所以CO₂被捕获的量随温度的升而提高．T₄-T₅区间，化学反应已到达平衡，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．
②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，将该反应体系温度上升到T₂，并维持该温度．请在图中画出t₁时刻后溶液的pH变化总趋势曲线．

Answer 1

分析 Ⅰ．该反应是正反应气体体积减小的放热反应，若提高氨合成反应速率，同时使平衡向氨合成方向移动，从影响化学反应速率的因素和影响平衡移动的因素综合考虑，只能是温度、浓度、压强三方面因素，所以可能是增大了反应物浓度，增大了压强，不可能是升温，因为升温平衡逆向移动，据此分析；
Ⅱ．（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式得到反应焓变的关系；
（2）①T₁-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；
②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．

解答 解：Ⅰ．N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，该反应是正反应气体体积减小的放热反应，若提高氨合成反应速率，同时使平衡向氨合成方向移动，从影响化学反应速率的因素和影响平衡移动的因素综合考虑，只能是温度、浓度、压强三方面因素的正增长，所以可能是增大了反应物浓度，增大了压强，不可能是升温，因为升温平衡逆向移动，降温、减压或减小生成物浓度时，反应速率减慢，
①升高温度增大反应速率，平衡逆向进行，故①错误； 
②缩小容器体积（加压），压强增大，反应速率增大，平衡正向进行，有利于合成氨，故②正确；
③选择高效催化剂，改变反应速率，但不改变化学平衡，平衡不变，故③错误；   
④在恒容条件下，再充入合成氨的原料气（N₂、H₂），相当于增大压强，反应速率增大，平衡正向进行，有利于合成氨，故④正确；
⑤在恒容条件下，再充入原平衡的混合气，相当于增大体系压强，反应速率增大，平衡正向进行，有利于合成氨，故⑤正确；
⑥在恒容条件下，分离出氨气，反应速率减小，平衡正向进行，不能增大反应速率，故⑥错误．
故答案为：②④⑤；
Ⅱ．（1）反应Ⅰ：2NH₃（l）+H₂O（l）+CO₂（g）?（NH₄）₂CO₃（aq）△H₁
反应Ⅱ：NH₃（l）+H₂O（l）+CO₂（g）?（NH₄）₂HCO₃（aq）△H₂
反应Ⅲ：（NH₄）₂O₃（aq）+H₂O（l）+CO₂（g）?2（NH₄）₂HCO₃（aq）△H₃
2×反应Ⅱ-反应Ⅰ得到反应Ⅲ的热化学方程式：（NH₄）₂O₃（aq）+H₂O（l）+CO₂（g）?2（NH₄）₂HCO₃（aq）△H₃=2△H₂-△H₁，
故答案为：2△H₂-△H₁；
（2）①T₁-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，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，
故答案为：T₁-T₂区间，化学反应未达到平衡，温度越高，反应速率越快，所以CO₂被捕获的量随温度的升而提高．T₄-T₅区间，化学反应已到达平衡，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；
②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：．

点评 本题考查了热化学方程式书写，化学反应速率、化学平衡移动和化学方程式书写等，影响化学反应速率和影响平衡移动的因素，注意知识的迁移和应用是关键，难度较大．