Question

【題目】隨著科學技術的發展和環保要求不斷提高，CO2的捕集利用技術成為研究的重點。

I.工業上使用的捕碳劑有NH3和(NH4)2CO3，它們與CO2可發生如下可逆反應：

NH3(l)+H2O(l)+CO2(g) NH4HCO3(aq) ΔH1

2NH3(l)+H2O(l)+CO2(g) (NH4)2CO3(aq) ΔH2

(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g) 2NH4HCO3(aq) ΔH3

則ΔH3 =______（用含ΔH1 、ΔH2 的代表式表示）。

II.目前國際空間站處理CO2的一個重要方法是將CO2還原，所涉及的化學反應方程式為：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)，已知：H2的體積分數隨溫度的升高而增加。

（1）該反應的ΔS_____0（填“>”、“=”、“<”），該反應的ΔH____0（填“>”、“<”）。

（2）在恒容密閉容器中通入等物質的量的CO2和H2并發生上述反應，溫度T下，CO2物質的量濃度c（CO2）隨時間t變化的曲線如下圖所示。下列能說明反應達到平衡狀態的是___。

A.體系壓強保持不變

B.混合氣體密度保持不變

C.甲烷和水蒸氣的物質的量之比保持不變

D.H2的質量分數保持不變

（3）溫度T下，反應前20秒的平均速率v（H2）= _________（用含a、b的代數式表示）。

（4）溫度T下，該反應的平衡常數K=_________（用含a、b的代數式表示）。

（5）若降低溫度，反應重新達到平衡，則v（正）_________；CO2轉化率_________（填“增大”“減小”或“不變”）。

III.工業上常用高濃度的K2CO3溶液吸收CO2，得溶液X，再利用電解法使K2CO3溶液再生，其裝置示意圖如下：

①在陽極區發生的反應包括_________和H++HCO3-=CO2↑+H2O。

②簡述CO32-在陰極區再生的原理：_________。

Answer 1

【答案】 2ΔH1－ΔH2 < < A、D （a－b）/5mol/(L·s) 減小 增大 4OH－－4e－＝2H2O+ O2↑ 陰極H+放電產生H2，OH－濃度變大并與HCO3－反應使CO32－ 再生。

【解析】試題分析：以CO2的捕集利用技術為題材，重點考查蓋斯定律、化學反應進行的方向、化學反應速率、化學平衡的建立、化學平衡的移動、平衡常數、電解原理等知識，考查考生應用已有知識解決實際問題的能力。

解析：Ⅰ.根據蓋斯定律，反應3等于2×反應1 –反應2，所以ΔH3=2ΔH1-ΔH2。正確答案：2ΔH1-ΔH2 。

Ⅱ.（1）這是一個氣體體積減小的反應，所以反應熵變ΔS<0。因為溫度升高時，平衡體系H2的體積分數增大，即平衡逆向移動，所以正反應為放熱反應，ΔH<0。（2）A 、反應正向進行時，氣體物質的量減小，反應逆向進行時，氣體物質的量增大。當容器體積不變時，二者都會導致體系壓強改變，所以體系壓強不變的狀態也一定是化學平衡狀態，A正確。B、由于反應進行過程中氣體的質量始終保持不變，容器體積不變時，混合氣體密度始終不變，所以混合氣體體積不變時不一定是化學平衡狀態，B錯誤。C、反應開始時只有CO2和H2，所以生成的CH4與H2O物質的量之比始終為1:2，則CH4與H2物質的量之比保持不變時不一定是化學平衡狀態，C錯誤。D、反應正向進行時H2質量分數減小，反應逆向進行時H2質量分數增大，所以H2質量分數不變時，一定是該反應處于化學平衡狀態，D正確。正確答案：AD。（3）前20秒△c(CO2)=(a-b)mol/L，則v(CO2)= ，v(H2)= 。正確答案：（4）平衡建立過程中，反應消耗CO2 (a-b)mol/L，則參加反應的H2為 4(a-b)mol/L，生成CH4 (a-b)mol/L、H2O 2(a-b) mol/L，所以反應達到平衡時，CO2 bmol/L，H2 [a-4(a-b)]mol/L=(4b-3a)mol/L ，CH4 (a-b) mol/L，H2O 2(a-b) mol/L， 。正確答案：。（5）溫度降低時，化學反應速率減小，重新建立平衡后，v(正)也減小。由于該反應是放熱反應，降低溫度后平衡正向移動，所以CO2的轉化率增大。正確答案：減小、增大。Ⅲ.K2CO3溶液吸收CO2生成KHCO3，溶液中存在的離子包括K+、H+、HCO3-、CO32-、OH-。①電解時還原性最強的OH-在陽極放電生成O2，反應原理為4OH--4e-=2H2O+O2↑，反應的OH-來源于水，所以電解時陽極產生H+，H++HCO3-=CO2↑+H2O。②陰極區氧化性最強的H+放電生成H2，H+主要來源于水，所以電解時陰極產生OH-，OH-+HCO3-=H2O+CO32-，使CO32-得到再生。正確答案：4OH--4e-=2H2O+O2↑、 陰極H+放電產生H2，OH-濃度變大并與HCO3－反應使CO32－ 再生。