Question

【題目】二氧化碳的捕集與利用是實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排的重要途徑之一。

(1)目前工業(yè)上使用的捕碳劑有 NH3 和(NH4)2CO3，它們與 CO2 可發(fā)生如下可逆反應(yīng)：

2NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g) (NH4)2CO3(aq) K1

NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g) NH4HCO3(aq) K2

(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g) 2NH4HCO3(aq) K3

則 K3＝________(用含 K1、K2 的代數(shù)式表示)。

(2)利用 CO2 制備乙烯是我國(guó)能源領(lǐng)域的一個(gè)重要戰(zhàn)略方向，具體如下：

方法一：

CO2 催化加氫合成乙烯，其反應(yīng)為：2CO2(g)＋6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g) △H＝a kJ·mol－1起始時(shí)按 n(CO2)∶n(H2)＝1∶3的投料比充入20 L的恒容密閉容器中，不同溫度下平衡時(shí)H2和H2O的物質(zhì)的量如圖甲所示：

①a______0(選填“>”或“<”)。

②下列說(shuō)法正確的是______(填字母序號(hào))。

A 、使用催化劑，可降低反應(yīng)活化能，加快反應(yīng)速率

B 、其它條件不變時(shí)，若擴(kuò)大容器容積，則 v正減小，v逆增大

C 、測(cè)得容器內(nèi)混合氣體密度不隨時(shí)間改變時(shí)，說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)平衡

③393 K下，H2的平衡轉(zhuǎn)化率為________(保留三位有效數(shù)字)。

④393 K下，該反應(yīng)達(dá)到平衡后，再向容器中按 n(CO2)∶n(H2)＝1∶3 投入 CO2 和 H2 ，則n(H2)/n(C2H4)將____(填“變大”、“不變”或“變小”)。

方法二：

用惰性電極電解強(qiáng)酸性的二氧化碳水溶液可得到乙烯，其原理如圖乙所示。

⑤b電極上的電極反應(yīng)式為_______。

⑥該裝置中使用的是__________(填“陰”或“陽(yáng)”)離子交換膜。

Answer 1

【答案】 < A 67.4% 變小 2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O 陽(yáng)

【解析】

(1)① 2NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)═(NH4)2CO3(aq) K1

② NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)═NH4HCO3(aq) K2

根據(jù)蓋斯定律②×2-①可得：(NH4)2CO3(aq)+H2O (l)+CO2(g)2NH4HCO3(aq)，因此 K3=；

(2)①由圖甲可知，升高溫度，氫氣的物質(zhì)的量增多，平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，a<0；

②A．使用催化劑，可降低反應(yīng)活化能，加快反應(yīng)速率，選項(xiàng)A正確；

B．其它條件不變時(shí)，若擴(kuò)大容器容積，則v正減小，v逆減小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；

C．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，恒容條件下密度始終不變，密度不變不能說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)到平衡，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；

D．反應(yīng)使用合適的催化劑，催化劑改變反應(yīng)歷程加快反應(yīng)速率，不改變化學(xué)平衡，不改變反應(yīng)焓變，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；

答案選A；

③圖象分析可知，393K時(shí)平衡狀態(tài)下水、H2的物質(zhì)的量分別為58mol、42mol，生成58molH2O必然消耗87molH2，則初始時(shí)H2的物質(zhì)的量為（87+42）mol=129mol，則H2的轉(zhuǎn)化率為×100%=67.4%；

④393K下，該反應(yīng)達(dá)到平衡后，再向容器中按n(CO2)：n(H2)=1：3投入CO2和H2，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，所以則n(H2)/n(C2H4)將變小；

⑤電解時(shí)，二氧化碳在b極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成乙烯，電極反應(yīng)式為2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O；

⑥離子交換只允許氫離子通過(guò)，所以是陽(yáng)離子交換膜。