Question

9．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）?NH₄HCO₃（aq）△H₂
反应Ⅲ：（NH₄）₂CO₃（aq）+H₂O（l）+CO₂（g）?2NH₄HCO₃（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△H₃＜0（填“＞”、“=”或“＜”）．
②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，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，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）利用反应Ⅲ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度、增加CO₂浓度（写出2个）．

Answer 1

分析 （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
反应Ⅲ：（NH₄）₂CO₃（aq）+H₂O（l）+CO₂（g）?2NH₄HCO₃（aq）△H₃
根据盖斯定律，得反应Ⅲ=反应Ⅱ×2-反应Ⅰ；
故答案为：2△H₂-△H₁；
（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（△H₃＜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）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
反应Ⅲ：（NH₄）₂CO₃（aq）+H₂O（l）+CO₂（g）?2NH₄HCO₃（aq）△H₃
根据盖斯定律，得反应Ⅲ=反应Ⅱ×2-反应Ⅰ，所以△H₃与△H₁、△H₂之间的关系是：△H₃=2△H₂-△H₁；故答案为：2△H₂-△H₁；
（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△H₃＜0；
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；
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：①＜；
②T₁-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

（3）根据平衡移动原理，降低温度或增大c（CO₂），故答案为：降低温度；增大CO₂浓度．

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．