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的代數式表示)。

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“＞”“＜”或“＝”)，該反應的ΔH________0(填“＞”或“＜”)。

（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，T ℃下，CO2物質的量濃度c(CO2)隨時間t變化的曲線如圖所示。下列能說明反應達到平衡狀態的是________(填字母代號)。

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）T℃下，反應前20 s的平均反應速率v(H2)＝______________(用含a、b的代數式表示)。

（4）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，其裝置示意圖如圖所示：

（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：____________________________。

（3）NH3·BH3＋3H2O2=NH4BO2＋4H2O。下列說法正確的是___________。

A．電流從左側電極經過負載后流向右側電極

B．BO2－通過質子交換膜向正極移動

C．負極附近溶液pH增大

D．正極的反應式為3H2O2＋6H＋＋6e－=6H2O

Answer 1

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

【解析】

I．①NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g)NH4HCO3(aq)　ΔH1

②2NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g)(NH4)2CO3(aq)　ΔH2

③(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)2NH4HCO3(aq)　ΔH3

利用蓋斯定律計算①×2-②得到(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)2NH4HCO3(aq)　ΔH3＝2ΔH1－ΔH2；

Ⅱ.(1)該反應正反應方向氣體分子數減少，則ΔS＜0，已知H2的體積分數隨溫度的升高而增加，說明溫度升高，平衡逆向移動，正反應方向為放熱反應，則ΔH＜0；

（2）A.該反應前后氣體分子數不等，反應過程中體系壓強發生變化，當體系壓強不變時，說明反應達到平衡狀態，故A正確；

B.反應前后氣體總質量不變，容器體積不變，氣體密度始終不變，不能說明反應達到平衡狀態，故B錯誤；

C.從反應開始到平衡，甲烷和水蒸氣的物質的量之比均為1:2,始終不變，不能說明反應達到平衡狀態，故C錯誤；

D.H2的質量分數保持不變，說明正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態，故D錯誤；

故答案選：AD；

（3）由圖1可知：反應前20秒CO2的物質的量濃度減少（a-b）mol/L,則H2物質的量濃度減少4（a-b）mol/L，平均速率mol/(L·s)；

（4）起始時通入等物質的量的CO2和H2，二者的起始濃度相等，均為a mol/L，減少的濃度分別為(a-b) mol/L和4(a-b) mol/L，平衡濃度分別為b mol/L、(4b-3a）mol/L，CH4和水蒸氣的平衡濃度分別為(a-b) mol/L和2(a-b) mol/L，該反應的平衡常數；

（5）降低溫度，v(正)減小，平衡正向移動，CO2轉化率增大；

Ⅲ.（1）由圖2可知：陽極區OH-失電子生成O2，電極反應式為或；

（2）陰極的電極反應為，c(H+)減小，電離平衡正向移動，可以使CO32-再生；

（3）由反應NH3·BH3＋3H2O2=NH4BO2＋4H2O可知H2O2中氧元素化合價下降發生還原反應，為原電池的正極，NH3·BH3中B元素化合價升高，發生氧化反應，為原電池的負極。

A. 電流從正極流向負極，即從右側電極經過負載后流向左側電極，故A錯誤；

B. 放電時,陰離子向負極移動,所以BO2通過質子交換膜向負極移動，故B錯誤；

C. NH3BH3為負極失電子發生氧化反應,電極反應式為，所以負極附近溶液pH減小，故C錯誤；

D. 右側H2O2為正極得到電子發生還原反應,電極反應式為，故D正確；

故答案選：D。