Question

捕碳技術（主要指捕獲CO₂）在降低溫室氣體排放中具有重要的作用。

目前NH₃和(NH₄)₂CO₃已經(jīng)被用作工業(yè)捕碳劑，它們與CO₂可發(fā)生如下可逆反應：

反應Ⅰ：2NH₃(l)＋H₂O(l)＋CO₂(g)(NH₄)₂CO₃(aq)         △H₁

反應Ⅱ：NH₃(l)＋H₂O(l)＋CO₂(g) (NH₄)₂HCO₃(aq)        △H₂

反應Ⅲ：(NH₄)₂CO₃(aq)＋H₂O(l)＋CO₂(g)2(NH₄)₂HCO₃(aq) △H₃

請回答下列問題：

（1）△H₃與△H₁、△H₂之間的關系是：△H₃       。

（2）為研究溫度對(NH₄)₂CO₃捕獲CO₂效率的影響，在某溫度T₁下，將一定量的(NH₄)₂CO₃溶液置于密閉容器中，并充入一定量的CO₂氣體（用氮氣作為稀釋劑），在t時刻，測得容器中CO₂氣體的濃度。然后分別在溫度為T₂、T₃、T₄、T₅下，保持其它初始實驗條件不變，重復上述實驗，經(jīng)過相同時間測得CO₂氣體濃度，得到趨勢圖（見圖1）。則：

①△H₃       0(填＞、＝或＜)。

②在T₁～T₂及T₄～T₅二個溫度區(qū)間，容器內CO₂氣體濃度呈現(xiàn)如圖1所示的變化趨勢，

其原因是                                                     。

③反應Ⅲ在溫度為T₁時，溶液pH隨時間變化的趨勢曲線如圖2所示。當時間到達t₁時，將該反應體系溫度上升到T₂，并維持該溫度。請在圖中畫出t₁時刻后溶液的pH變化總趨勢曲線。

（3）利用反應Ⅲ捕獲CO₂，在(NH₄)₂CO₃初始濃度和體積確定的情況下，提高CO₂吸收量的措施有                                                            （寫出2個）。

（4）下列物質中也可能作為CO₂捕獲劑的是     。

A．NH₄Cl                                B．Na₂CO₃

C．HOCH₂CH₂OH                          D．HOCH₂CH₂NH₂

 

Answer 1

【答案】

（1）2△H₂-△H₁  

（2）①<

②T₁-T₂區(qū)間，化學反應未達到平衡，溫度越高，化學反應的速率越快，所以CO₂被捕獲的量隨溫度升高而提高。T₄-T₅區(qū)間，化學反應已達到平衡，由于正反應是放熱反應，溫度升高平衡向逆反應方向移動，所以不利于CO₂的捕獲。

③

（3）降低溫度；增加CO₂濃度（或分壓）  

（4）B、D

【解析】

（1）將反應Ⅰ倒過來書寫：

(NH₄)₂CO₃ (aq)2NH₃ (l)+ H₂O (l)+ CO₂ (g)         —△H₁

將反應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

（2）由圖1可知：在溫度為T₃時反應達平衡，此后溫度升高，c(CO₂)增大，平衡逆向移動，說明反應Ⅲ是放熱反應(△H₃＜0)。在T₃前反應未建立平衡，無論在什么溫度下(NH₄)₂CO₃ (aq)總是捕獲CO₂，故c(CO₂)減小。反應Ⅲ在溫度為T₁時建立平衡后(由圖2可知：溶液pH不隨時間變化而變化)，迅速上升到T₂并維持溫度不變，平衡逆向移動，溶液pH增大，在T₂時又建立新的平衡。

（3）根據(jù)平衡移動原理，降低溫度或增大c(CO₂)

（4）具有堿性的物質均能捕獲CO₂，反應如下：Na₂CO₃ +CO₂ +H₂O=2NaHCO₃；HOCH₂CH₂NH₂ +CO₂ +H₂O= HOCH₂CH₂NH₃⁺ HCO₃^—。

【考點定位】考查熱化學方程式書寫，化學反應速率、化學平衡移動和化學方程式書寫等。