Question

二氧化碳捕集、存储和转化是当今化学研究的热点问题之一．
（1）用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO₂发生反应：
2CO₂（g）→2CO（g）+O₂（g），该反应的△H

 

0，△S

 

0（选填：＞、＜、=）．
（2）CO₂转化途径之一是：利用太阳能或生物质能分解水制H₂，然后将H₂与CO₂转化为甲醇或其它的化学品．已知：
光催化制氢：2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）△H=+571.5kJ?mol^-1
H₂与CO₂耦合反应：3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-137.8kJ?mol^-1
则反应：4H₂O（l）+2CO₂（g）→2CH₃OH（l）+3O₂（g）△H=

 

kJ?mol^-1．你认为该方法需要解决的技术问题有：

 

．
a．开发高效光催化剂
b．将光催化制取的氢从反应体系中有效分离，并与CO₂耦合催化转化．
c．二氧化碳及水资源的来源供应
（3）用稀氨水喷雾捕集CO₂最终可得产品NH₄HCO₃．在捕集时，气相中有中间体NH₂COONH₄（氨基甲酸铵）生成．为了测定该反应的有关热力学参数，将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中（假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计），在恒定温度下使反应NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g）达到分解平衡．实验测得不同温度及反应时间（t₁＜t₂＜t₃）的有关数据见表．
表：氨基甲酸铵分解时温度、浓度及反应时间的关系

气体总浓度（mol/L） 温度（℃） 时间（min）	15	25	35
0	0	0	0
t1	0.9×10-3	2.7×10-3	8.1×10-3
t2	2.4×10-3	4.8×10-3	9.4×10-3
t3	2.4×10-3	4.8×10-3	9.4×10-3

①氨基甲酸铵分解反应是：

 

反应（选填：“放热”、“吸热”）．在25℃，0～t₁时间内产生氨气的平均速率为：

 

．
②根据表中数据可换算出，15℃时合成反应2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄（s）平衡常数K约为：

 

．
（4）用一种钾盐水溶液作电解质，CO₂电催化还原为碳氢化合物（其原理见下图）．在阴极上产生乙烯的电极反应方程式为：

 

．

Answer 1

考点：反应热和焓变,用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡常数的含义,电解原理

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）当△G=△H-T?△S＜0时，反应能自发进行；
（2）根据盖斯定律，结合已知热化学方程式，计算求解；根据所以发生反应需要的条件判断；
（3）①根据表中温度对生产气体的浓度的影响分析；根据v=

△c

t

计算；
②根据表中数据求出反应NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g）的平衡常数，2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄（s）平衡常数为前面反应的平衡常数的倒数；
（4）在阴极上二氧化碳得电子生成乙烯．

解答： 解：（1）2CO₂（g）→2CO（g）+O₂（g），反应后气体物质的量增大，则混乱度增大，即△S＞0；一定条件下可直接光催化分解CO₂发生反应，△G=△H-T?△S＜0时，反应能自发进行，则该反应△H＞0，
故答案为：＞；＞；
（2）光催化制氢：①2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）△H=+571.5kJ?mol^-1
H₂与CO₂耦合反应：②3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-137.8kJ?mol^-1
根据盖斯定律，把①×3+②×2得方程4H₂O（l）+2CO₂（g）→2CH₃OH（l）+3O₂（g）△H=571.5×3+（-137.8）×2=1438.9kJ?mol^-1；
根据所以发生反应需要的条件可知需要解决的技术问题有：开发高效光催化剂；将光催化制取的氢从反应体系中有效分离，并与CO₂耦合催化转化；
故答案为：1438.9；ab；
（3）①从表中数据可以看出，随着温度升高，气体的总浓度增大，平衡正向移动，则该反应为吸热反应；
在25℃，0～t₁时间内产生氨气的浓度变化为：2.7×10^-3×

2

3

=1.8×10^-3mol/L，则v=

△c

t

=

1.8×10-3

t1

mol/（L?min）；
故答案为：吸热；

1.8×10-3

t1

mol/（L?min）；
②表中数据求出反应NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g）可知，c（NH₃）=2.4×10^-3×

2

3

=1.6×10^-3mol/L，c（CO₂）=2.4×10^-3×

1

3

=0.8×10^-3mol/L，
所以K=c²（NH₃）×c（CO₂）=（1.6×10^-3）×0.8×10^-3=2.048×10^-9，2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄（s）平衡常数为前面反应的平衡常数的倒数
即K′=

1

K

=

1

2.048×10-9

=4.9×10⁸；
故答案为：4.9×10⁸；
（4）在阴极上二氧化碳得电子生成乙烯，所以其电极反应式为：2CO₂+12H⁺+12e^-=CH₂=CH₂+4H₂O，故答案为：2CO₂+12H⁺+12e^-=CH₂=CH₂+4H₂O．

点评：本题考查了盖斯定律的应用，反应速率概念及其计算，化学平衡、化学平衡常数的概念及其计算，以及判断反应的焓变、熵变，电极方程式的书写等相关知识的试题，要求考生利用图表、进行数据分析判断，吸收、提取有效信息，突出了化学信息运用能力的考查，题目难度较大．