Question

（14分）捕碳技術(主要指捕獲CO₂)在降低溫室氣體排放中具有重要的作用。目前NH₃和(NH₄)₂CO₃已經被用作工業捕碳劑，它們與CO₂可發生如下可逆反應：
反應Ⅰ：2NH₃(l)＋H₂O(l)＋CO₂(g)  (NH₄)₂CO₃(aq)            ΔH₁
反應Ⅱ：NH₃(l)＋H₂O(l)＋CO₂(g) NH₄HCO₃(aq)               ΔH₂
反應Ⅲ：(NH₄)₂CO₃(aq)＋H₂O(l)＋CO₂(g) 2NH₄HCO₃(aq)    ΔH₃
請回答下列問題：
(1)ΔH₃與ΔH₁、ΔH₂之間的關系是：ΔH₃＝            。
(2) 反應Ⅲ的化學平衡常數表達式為                      。
(3)為研究溫度對(NH₄)₂CO₃捕獲CO₂效率的影響，在某溫度T₁下，將一定量的(NH₄)₂CO₃溶液置于密閉容器中，并充入一定量的CO₂氣體(用氮氣作為稀釋劑)，在t時刻，測得容器中CO₂氣體的濃度。然后分別在溫度為T₂、T₃、T₄、T₅下，保持其他初始實驗條件不變，重復上述實驗，經過相同時間測得CO₂氣體濃度，得到趨勢圖(見圖1)。則：
①ΔH₃       0(填“＞”、“＝”或“＜”)。
②在T₁～T₂及T₄～T₅兩個溫度區間，容器內CO₂氣體濃度呈現如圖1所示的變化趨勢，其原因是   
                     。
③反應Ⅲ在溫度為T₁時，溶液pH隨時間變化的趨勢曲線如圖2所示。當時間到達t₁時，將該反應體系溫度迅速上升到T₂，并維持該溫度。請在該圖中畫出t₁時刻后溶液的pH變化總趨勢曲線。
  
圖1                               圖2
(4)利用反應Ⅲ捕獲CO₂，在(NH₄)₂CO₃初始濃度和體積確定的情況下，提高CO₂吸收量的措施有   
   。
(5)下列物質中也可以作為CO₂捕獲劑的是       。

A．NH4Cl

B．Na2CO3

C．HOCH2CH2OH

D．HOCH2CH2NH2

Answer 1

(1)2ΔH₂－ΔH₁     (2)  K＝c² (NH₄HCO₃) /｛c [(NH₄)₂CO₃)]·c(CO₂)｝
(3)①＜  　②T₁～T₂區間，化學反應未達到平衡，溫度越高，化學反應速率越快，所以CO₂被捕獲的量隨溫度升高而提高。T₄～T₅區間，化學反應已達到平衡，由于正反應是放熱反應，溫度升高平衡向逆反應方向移動，所以不利于CO₂捕獲
③ (4)降低溫度，增加CO₂濃度(或分壓)     (5)BD

試題分析：（1）將反應Ⅰ倒過來書寫：（NH₄）₂CO₃（aq）2NH₃（l）+H₂O （l）+CO₂（g）-△H₁，將反應Ⅱ×2：2NH₃（l）+2H₂O （l）+2CO₂（g）2NH₄HCO₃（aq）   2△H₂，得：（NH₄）₂CO₃（aq）+H₂O （l）+CO₂（g）2NH₄HCO₃（aq）△H₃=2△H₂-△H₁ 。
（2）化學平衡常數是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，因此反應Ⅲ的化學平衡常數表達式為K＝c² (NH₄HCO₃) /｛c [(NH₄)₂CO₃)]·c(CO₂)｝。
（3）①由圖1可知：在溫度為T₃時反應達平衡，此后溫度升高，c（CO₂）增大，平衡逆向移動，說明反應Ⅲ是放熱反應△H₃＜0。
②T₁～T₂區間，化學反應未達到平衡，溫度越高，化學反應速率越快，所以CO₂被捕獲的量隨溫度升高而提高。T₄～T₅區間，化學反應已達到平衡，由于正反應是放熱反應，溫度升高平衡向逆反應方向移動，所以不利于CO₂捕獲。
③反應Ⅲ在溫度為T₁時建立平衡后（由圖2可知：溶液pH不隨時間變化而變化），迅速上升到T₂并維持溫度不變，平衡逆向移動，溶液pH增大，在T₂時又建立新的平衡，圖象應為，。
（4）根據平衡移動原理，降低溫度或增大c（CO₂）。
（5）具有堿性的物質均能捕獲CO₂，反應如下：Na₂CO₃+CO₂+H₂O＝2NaHCO₃；HOCH₂CH₂NH₂+CO₂+H₂O＝HOCH₂CH₂NH₃⁺+HCO₃^-；故答案為B、D。