Question

13．研究和解决二氧化碳捕集和转化问题是当前科学研究的前沿领域．自然界中碳循环如图所示：

（1）在海洋中化石燃料转化为地质碳酸盐的过程中发生的反应类型有化合反应或氧化反应或裂解反应．
（2）光合作用是把无机物转化为有机物的同时，还能把光能转化为化学能．
（3）化石燃料最终转化为CO₂，要使化石燃料充分燃烧，需测定煤或石油中的含碳量：将a g的样品进行充分燃烧，测定所得气体 （ CO₂、SO₂、NO₂、N₂、O₂ ） 中CO₂的含量．实验装置如图1所示 （ 所用试剂均过量 ）：

①混合气体通过A和B的目的是除去SO₂、NO₂，防止对Ba（OH）₂吸收CO₂造成干扰
②装置D的作用是防止空气中的CO₂进入装置C，造成测碳量产生误差
③实验结束后，还需要向装置中通入N₂，其目的是将装置A、B中的气体赶入装置C中，确保CO₂被完全吸收．
④用x mol/L HCl溶液滴定装置C中过量的Ba（OH）₂，消耗y mLHCl溶液，a g样品中碳元素的质量分数为$\frac{（b-\frac{1}{2}xy×1{0}^{-3}）×12}{a}$×100%（列出计算式）．
（4）用稀氨水喷雾捕集CO₂最终可得产品NH₄HCO₃．在捕集时，气相中有中间体 NH₂COONH₄（氨基甲酸铵）生成．现将一定量纯净的氨基甲酸铵置于恒容的密闭真空容器中，分别在不同温度下进行反应：NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g）．实验测得的有关数据见表． （ t₁ ＜t₂ ＜t₃ ）

温度（℃） CO2 浓度 （mol/L） 时间（min）	15	25	35
0	0	0	0
t1	3×10-3	0.9×10-2	2.7×10-2
t2	1×10-3	1.6×10-2	3.1×10-2
t3	1×10-3	1.6×10-2	3.1×10-2

①在15℃，用 NH₃ 的浓度变化表示 0～t₁ 时间段的反应速率为：$\frac{6×1{0}^{-3}}{{t}_{1}}$mol/（L•min）
②能证明该反应在t₂时刻达到化学平衡的是a c（选填字母）．
a．容器内压强不再变化 b．容器内 NH₃、CO₂物质的量比为 2：1
c．容器内气体的质量不再变化 d．生成CO₂的速率与消耗NH₃速率相等
（5）用一种钾盐的酸性水溶液作电解质，CO₂电催化还原为碳氢化合物（其原理见图2）．铂电极是阳（填“阴”或“阳”）极；在铜极上产生乙烯的电极反应式是2CO₂+12H⁺+12e ^-═C₂H₄+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）图示转化关系中得到在海洋中化石燃料转化为地质碳酸盐的过程中发生的反应类型；
（2）绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物，并且释放出氧气的过程，叫做光合作用，绿色植物通过光合作用不断消耗大气中的二氧化碳，维持了生物圈中二氧化碳和氧气的相对平衡；
（3）①测定煤或石油的含碳量：将a g的样品进行充分燃烧，测定所得气体（CO₂、SO₂、NO₂、N₂）中CO₂的含量，过硫酸钠溶液具有氧化性可以优惠二氧化硫为硫酸，氧化一氧化氮为硝酸；
②装置D的作用是防止空气中二氧化碳进入C影响测定气体质量；
③验结束后，还需要向装置中通入N₂，把生成的二氧化碳气体全部赶入装置B中完全吸收；
④用x mol/L HCl溶液滴定装置B中过量的Ba（OH）₂，消耗y mLHCl溶液，氢氧化钡总量减去被盐酸滴定消耗的物质的量，依据氢氧化钡溶液吸收二氧化碳生成碳酸钡沉淀和水的化学反应的定量关系计算；
（4）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算；
②在一定条件下，对于密闭容器中进行的可逆反应NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g），若达到了平衡状态，各组分的浓度不变，正逆反应速率相等，据此进行判断；
（5）阳极是氢氧根离子失电子生成氧气，在阴极上二氧化碳得电子生成乙烯．

解答 解：（1）图示转化关系中得到在海洋中化石燃料转化为地质碳酸盐的过程中发生的反应类型有：化合反应或氧化反应或裂解反应，
故答案为：化合反应或氧化反应或裂解反应；
（2）绿色植物利用光提供的能量，在叶绿体中合成淀粉等有机物，释放氧气，并且把光能转变成化学能，储存在有机物中的过程，称为光合作用；光合作用的实质是物质转化和能量转化：物质转化是指将无机物转化为有机物的过程，能量转化是指将光能转化为储存在有机物里的化学能的过程，光合作用是把无机物转化为有机物的同时，还能把光能转化为化学能，
故答案为：化学；
（3）①装置混合气体通过A和B的目的是的作用是利用二氧化锰、重铬酸钾和浓硫酸除去SO₂、NO₂，防止对Ba（OH）₂吸收二氧化碳产生干扰，
故答案为：除去SO₂、NO₂，防止对Ba（OH）₂吸收二氧化碳产生干扰；
②装置D的作用是防止空气中的CO₂进入装置C，造成测碳量产生误差，
故答案为：防止空气中的CO₂进入装置C，造成测碳量产生误差；
③验结束后，还需要向装置中通入N₂，其目的是：将装置A中的气体赶入装置B，确保CO₂被完全吸收，
故答案为：将装置A中的气体赶入装置B，确保CO₂被完全吸收；
④氢氧化钡溶液中含氢氧化钡物质的量为bmol，用来吸收二氧化碳的氢氧化钡物质的量=bmol-$\frac{1}{2}$xy×10^-3mol，CO₂+Ba（OH）₂=BaCO₃↓+H₂O
二氧化碳物质的量=bmol-$\frac{1}{2}$xy×10^-3mol，样品（a g）中碳元素的质量分数=$\frac{（b-\frac{1}{2}xy×1{0}^{-3}）×12}{a}$×100%，
故答案为：$\frac{（b-\frac{1}{2}xy×1{0}^{-3}）×12}{a}$×100%；

（4）①在25℃，0～t₁时间内二氧化碳浓度为3×10^-3mol/L，NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g），产生氨气的浓度变化为：2×3×10^-3=6×10^-3mol/L，则v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{6×1{0}^{-3}mol/L}{{t}_{1}}$=$\frac{6×1{0}^{-3}}{{t}_{1}}$mol/（L•min）；
故答案为：$\frac{6×1{0}^{-3}}{{t}_{1}}$mol/（L•min）；
②NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g），反应为气体体积增大的反应，
a．反应前后气体物质的量增大，容器内压强不再变化说明反应大多平衡状态，故a正确；
b．容器内 NH₃、CO₂物质的量比始终为 2：1，不能说明反应大多平衡状态，故b错误；
c．反应前后气体质量变化，容器内气体的质量不再变化说明反应大多平衡状态；
d．速率之比等于化学方程式计量数之比，二氧化碳和氨气速率之比为1：2，生成CO₂的速率与消耗NH₃速率相等不能说明正逆反应速率相同，故d错误；
故答案为：a c；
（5）铂电极是阳极，溶液中氢氧根离子失电子风扇氧化反应，铜电极为阴极，在阴极上二氧化碳得电子生成乙烯，所以其电极反应式为：2CO₂+12H⁺+12e^-=CH₂=CH₂+4H₂O，
故答案为：阳；2CO₂+12H⁺+12e ^-═C₂H₄+4H₂O

点评 本题考查了反应速率概念及其计算，化学平衡分析，电极方程式的书写等相关知识的试题，要求考生利用图表、进行数据分析判断，吸收、提取有效信息，突出了化学信息运用能力的考查，题目难度较大．