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，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）?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）反应Ⅲ的化学平衡常数表达式为

 

．
（3）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△H₃

 

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

 

．
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．
 
（4）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

 

（5）下列物质中也可以作为CO₂捕获剂的是

 

．
A．NH₄Cl     B．Na₂CO₃ C．HOCH₂CH₂OH    D．HOCH₂CH₂NH₂．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素,物质的量或浓度随时间的变化曲线

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）根据盖斯定律来确定焓变值间的关系；
（2）平衡常数等于产物平衡浓度系数次幂之积和反应物平衡浓度系数次幂之积的比值；
（3）①根据温度升高，反应向着吸热方向进行，反之，向着放热方向进行来判断；
②根据影响化学反应速率的因素来回答；
③温度迅速上升到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，据此来作图即可；
（4）根据平衡移动原理，提高CO₂吸收量，即使得平衡正向移动即可；
（5）二氧化碳是酸性氧化物，具有碱性的物质可以和其反应．

解答： 解：（1）将反应Ⅰ倒过来书写：（NH₄）₂CO₃ （aq）?2NH₃ （l）+H₂O （l）+CO₂ （g）△H₁，
将反应Ⅱ×2：2NH₃ （l）+2H₂O （l）+2CO₂ （g）?2NH₄HCO₃ （aq）2△H₂，
得：（NH₄）₂CO₃ （aq）+H₂O （l）+CO₂ （g）?2NH₄HCO₃ （aq）△H₃=2△H₂-△H₁．
故答案为：2△H₂-△H₁；
（2）化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，因此反应Ⅲ的化学平衡常数表达式为K=

c2(NH4HCO3)

c[(NH4)2CO3]?c(CO2)

，故答案为：

c2(NH4HCO3)

c[(NH4)2CO3]?c(CO2)

；
（3）①由图1可知：在温度为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，故答案为：＜；
②T₁～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，
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：；
（4）根据平衡移动原理，提高CO₂吸收量，即使得平衡正向移动即可，可以降低温度或增大c（CO₂），故答案为：降低温度或增大c（CO₂）；
（5）二氧化碳是酸性氧化物，具有碱性的物质均能捕获CO₂，反应如下：Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃，HOCH₂CH₂NH₂+CO₂+H₂O=HOCH₂CH₂NH₃⁺+HCO₃^-，故答案为：BD．

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知识，注意知识的迁移和应用是关键，难度大．