Question

【題目】二氧化碳的捕集與利用是實現溫室氣體減排的重要途徑之一。

(1)目前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：

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 的代數式表示)。

(2)利用 CO2 制備乙烯是我國能源領域的一個重要戰略方向，具體如下：

方法一：

CO2 催化加氫合成乙烯，其反應為：2CO2(g)＋6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g) △H＝a kJ·mol－1起始時按 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H2和H2O的物質的量如圖甲所示：

①a______0(選填“>”或“<”)。

②下列說法正確的是______(填字母序號)。

A 、使用催化劑，可降低反應活化能，加快反應速率

B 、其它條件不變時，若擴大容器容積，則 v正減小，v逆增大

C 、測得容器內混合氣體密度不隨時間改變時，說明反應已達平衡

③393 K下，H2的平衡轉化率為________(保留三位有效數字)。

④393 K下，該反應達到平衡后，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電極上的電極反應式為_______。

⑥該裝置中使用的是__________(填“陰”或“陽”)離子交換膜。

Answer 1

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

【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，氫氣的物質的量增多，平衡逆向移動，則正反應為放熱反應，a<0；

②A．使用催化劑，可降低反應活化能，加快反應速率，選項A正確；

B．其它條件不變時，若擴大容器容積，則v正減小，v逆減小，選項B錯誤；

C．反應前后氣體質量不變，恒容條件下密度始終不變，密度不變不能說明反應已達到平衡，選項C錯誤；

D．反應使用合適的催化劑，催化劑改變反應歷程加快反應速率，不改變化學平衡，不改變反應焓變，選項D錯誤；

答案選A；

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

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

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

⑥離子交換只允許氫離子通過，所以是陽離子交換膜。