Question

【题目】随着科学技术的发展和环保要求不断提高，CO2的捕集利用技术成为研究的重点。

I.工业上使用的捕碳剂有NH3和(NH4)2CO3，它们与CO2可发生如下可逆反应：

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

则ΔH3 =______（用含ΔH1 、ΔH2 的代表式表示）。

II.目前国际空间站处理CO2的一个重要方法是将CO2还原，所涉及的化学反应方程式为：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)，已知：H2的体积分数随温度的升高而增加。

（1）该反应的ΔS_____0（填“>”、“=”、“<”），该反应的ΔH____0（填“>”、“<”）。

（2）在恒容密闭容器中通入等物质的量的CO2和H2并发生上述反应，温度T下，CO2物质的量浓度c（CO2）随时间t变化的曲线如下图所示。下列能说明反应达到平衡状态的是___。

A.体系压强保持不变

B.混合气体密度保持不变

C.甲烷和水蒸气的物质的量之比保持不变

D.H2的质量分数保持不变

（3）温度T下，反应前20秒的平均速率v（H2）= _________（用含a、b的代数式表示）。

（4）温度T下，该反应的平衡常数K=_________（用含a、b的代数式表示）。

（5）若降低温度，反应重新达到平衡，则v（正）_________；CO2转化率_________（填“增大”“减小”或“不变”）。

III.工业上常用高浓度的K2CO3溶液吸收CO2，得溶液X，再利用电解法使K2CO3溶液再生，其装置示意图如下：

①在阳极区发生的反应包括_________和H++HCO3-=CO2↑+H2O。

②简述CO32-在阴极区再生的原理：_________。

Answer 1

【答案】 2ΔH1－ΔH2 < < A、D （a－b）/5mol/(L·s) 减小 增大 4OH－－4e－＝2H2O+ O2↑ 阴极H+放电产生H2，OH－浓度变大并与HCO3－反应使CO32－ 再生。

【解析】试题分析：以CO2的捕集利用技术为题材，重点考查盖斯定律、化学反应进行的方向、化学反应速率、化学平衡的建立、化学平衡的移动、平衡常数、电解原理等知识，考查考生应用已有知识解决实际问题的能力。

解析：Ⅰ.根据盖斯定律，反应3等于2×反应1 –反应2，所以ΔH3=2ΔH1-ΔH2。正确答案：2ΔH1-ΔH2 。

Ⅱ.（1）这是一个气体体积减小的反应，所以反应熵变ΔS<0。因为温度升高时，平衡体系H2的体积分数增大，即平衡逆向移动，所以正反应为放热反应，ΔH<0。（2）A 、反应正向进行时，气体物质的量减小，反应逆向进行时，气体物质的量增大。当容器体积不变时，二者都会导致体系压强改变，所以体系压强不变的状态也一定是化学平衡状态，A正确。B、由于反应进行过程中气体的质量始终保持不变，容器体积不变时，混合气体密度始终不变，所以混合气体体积不变时不一定是化学平衡状态，B错误。C、反应开始时只有CO2和H2，所以生成的CH4与H2O物质的量之比始终为1:2，则CH4与H2物质的量之比保持不变时不一定是化学平衡状态，C错误。D、反应正向进行时H2质量分数减小，反应逆向进行时H2质量分数增大，所以H2质量分数不变时，一定是该反应处于化学平衡状态，D正确。正确答案：AD。（3）前20秒△c(CO2)=(a-b)mol/L，则v(CO2)= ，v(H2)= 。正确答案：（4）平衡建立过程中，反应消耗CO2 (a-b)mol/L，则参加反应的H2为 4(a-b)mol/L，生成CH4 (a-b)mol/L、H2O 2(a-b) mol/L，所以反应达到平衡时，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， 。正确答案：。（5）温度降低时，化学反应速率减小，重新建立平衡后，v(正)也减小。由于该反应是放热反应，降低温度后平衡正向移动，所以CO2的转化率增大。正确答案：减小、增大。Ⅲ.K2CO3溶液吸收CO2生成KHCO3，溶液中存在的离子包括K+、H+、HCO3-、CO32-、OH-。①电解时还原性最强的OH-在阳极放电生成O2，反应原理为4OH--4e-=2H2O+O2↑，反应的OH-来源于水，所以电解时阳极产生H+，H++HCO3-=CO2↑+H2O。②阴极区氧化性最强的H+放电生成H2，H+主要来源于水，所以电解时阴极产生OH-，OH-+HCO3-=H2O+CO32-，使CO32-得到再生。正确答案：4OH--4e-=2H2O+O2↑、 阴极H+放电产生H2，OH-浓度变大并与HCO3－反应使CO32－ 再生。