Question

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．
（1）已知CO₂与NH₃ 经过两步反应可生成尿素，两步反应的能量变化示意图如图：

则NH₃（g） 与CO₂（g） 反应生成尿素的热化学方程式为

 

．
（2）已知CO₂与（NH₄）₂CO₃反应如下：（NH₄）₂CO₃（aq）+H₂O（l）+CO₂（g）?2NH₄HCO₃（aq）△H＜0，该反应在温度为T₁时，溶液的pH随时间变化的趋势曲线如图1所示．当时间达到t₁时，将该反应体系温度迅速上升到T₂，并维持该温度，在t₂达到新的平衡．请在图1中画出t₁时刻后溶液的pH变化总趋势曲线．在（NH₄）₂CO₃初始浓度不变的情况下，提高CO₂吸收量的措施有：

 

，

 

（写出2个）
（3）工业上也可用CO₂与H₂反应生成甲醇，其反应为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol．在T℃下，将1mol CO₂和2mol H₂充入0.5L恒容密闭容器中，测得H₂的物质的量随时间的变化情况如图2所示．
①按曲线计算反应从0到4min时，v（H₂）=

 

．
②在T℃时，若仅改变某一外界条件时，测得H₂的物质的量随时间的变化情况如图2曲线Ⅱ所示，则改变的外界条件为

 

．反应按曲线Ⅱ进行，计算达到平衡时容器中c（CO₂）=

 

．
 ③判断该反应达到平衡的依据为

 

 （填正确选项的字母）
A．混合气体的平均相对分子质量不随时间改变
B.3v（H₂）正=v（CH₃OH）逆
C．混合气体的压强不随时间改变
D．单位时间内生成CH₃OH和H₂O的物质的量相同

Answer 1

考点：热化学方程式,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断,化学平衡的计算

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）根据盖斯定律，结合图象分析计算得到所需热化学方程式；
（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，根据平衡移动原理分析；
（3）①依据图象分析，结合反应速率V=

△c

△t

计算氢气反应速率；
②根据到达平衡的时间减少，氢气也减少，说明改变了二氧化碳的浓度，先计算出曲线 I达到平衡时的平衡常数，根据温度不变，平衡常数不变再计算出曲线II达到平衡时CO₂的浓度；
③依据反应平衡标志是正逆反应速率相同，各组分含量不变分析选项．

解答： 解：（1）由图示可知，将两个反应相加可得2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ/mol；
故答案为：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ/mol；
（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；
根据平衡移动原理，反应是放热反应，降低温度平衡正向进行，提高CO₂吸收量的措施有，降低温度或增大c（CO₂）；
故答案为：；降低温度；增大CO₂浓度；
（3）①按曲线计算反应从0到4min时，v（H₂）=

2mol-1mol 0.5L

4min

=0.5mol/（L?min），故答案为：0.5mol/（L?min）；
②根据到达平衡的时间减少，氢气也减少，平衡正移，说明增大二氧化碳的浓度；
                CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）  2       4         0         0
变化量（mol/L）  

2

3

       2        

2

3

       

2

3

平衡量（mol/L） 

4

3

       2        

2

3

        

2

3

平衡常数K=

2 3 × 2 3

4 3 ×23

=

1

24

Ⅱ图象中 设平衡时二氧化碳浓度为x
                 CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）           4         0       0
变化量（mol/L）   1       3         1       1
平衡量（mol/L）   x         1         1       1
温度不变，平衡常数不变K=

1×1

x×13

1

24

x=24mol/L
故答案为：增大二氧化碳的浓度；24mol/L；
③CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，反应是气体体积减小的放热反应；
A．反应前后气体质量不变，物质的量减小，混合气体的平均相对分子质量不随时间改变，说明反应达到平衡状态，故A正确；
B．v（H₂）正=3v（CH₃OH）逆，说明甲醇正逆反应速率相同，反应达到平衡，3v（H₂）正=v（CH₃OH）逆不能说明反应达到平衡状态，故B错误；
C．反应前后气体物质的量减小，混合气体的压强不随时间改变，说明反应达到平衡状态，故C正确；
D．单位时间内生成CH₃OH和H₂O的物质的量相同，说明反应正向进行，不能酸钠反应达到平衡状态，故D错误；
故答案为：AC．

点评：本题考查了热化学方程式书写方法，化学反应速率、化学平衡状态影响因素分析应用，平衡计算的理解应用，平衡常数计算分析，掌握基础是关键，题目难度中等．