Question

9．二氧化碳的捕集與利用是實現(xiàn)溫室氣體減排的重要途徑之一．
（l）目前工業(yè)上使用的捕碳劑有NH₃和（NH₄）₂CO₃，它們與CO₂可發(fā)生如下可逆反應(yīng)：
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=$\frac{{K}_{2}^{2}}{{K}_{1}}$（用含K_l、K₂的代數(shù)式表示）．
（2）利用CO₂制備乙烯是我國能源領(lǐng)域的一個重要戰(zhàn)略方向，具體如下：
方法一：CO₂催化加氫合成乙烯，其反應(yīng)為：2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H=akJ．mol^-1起始時按n（CO₂）：n（H₂）=1：3的投料比充入20L的恒容密閉容器中，不同溫度下平衡時H₂和H₂O的物質(zhì)的量如圖甲所示：

①a＜0（選填“＞”或“＜”）．
②下列說法正確的是A（填字母序號）．
A．使用催化劑，可降低反應(yīng)活化能，加快反應(yīng)速率
B．其它條件不變時，若擴(kuò)大容器容積，則U_正減小，v_逆增大
C．測得容器內(nèi)混合氣體密度不隨時間改變時，說明反應(yīng)已達(dá)平衡
③393K下，H₂的平衡轉(zhuǎn)化率為67.4%（保留三位有效數(shù)字）．
④393K下，該反應(yīng)達(dá)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）將變�。ㄌ睢白兇蟆薄ⅰ安蛔儭被颉白冃　保�．
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(yīng)式為2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O
⑥該裝置中使用的是陽（“陰”或“陽”）離子交換膜．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律，熱化學(xué)方程式Ⅱ×2-熱化學(xué)方程式Ⅰ可得熱化學(xué)方程式Ⅲ，從而得出目標(biāo)反應(yīng)Ⅲ的焓變△H₃；
（2）①由圖甲可知溫度升高氫氣的濃度增加，水蒸氣的濃度減小，所以平衡逆向移動，由此分析；
②A．使用催化劑，可降低反應(yīng)活化能，加快反應(yīng)速率；
B．其它條件不變時，若擴(kuò)大容器容積，則U_正減小，v_逆減小；
C．測得容器內(nèi)混合氣體密度一直不隨時間改變而改變；
③根據(jù)三行式求平衡時各物質(zhì)的量，然后根據(jù)轉(zhuǎn)化率等于$\frac{變化量}{初始量}×100%$；
④393K下，該反應(yīng)達(dá)到平衡后，再向容器中按n（CO₂）：n（H₂）=1：3投入CO₂和H₂，相當(dāng)于增大壓強，平衡正向移動；
⑤電解時，二氧化碳在b極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成乙烯；
⑥離子交換只允許氫離子通過，所以是陽離子交換膜．

解答 解：（1）反應(yīng)Ⅰ：2NH₃（l）+H₂O（l）+CO₂（g）═（NH₄）₂CO₃（aq）△H₁
反應(yīng)Ⅱ：NH₃（l）+H₂O（l）+CO₂（g）═NH₄HCO₃（aq）△H₂
根據(jù)蓋斯定律Ⅱ×2-Ⅰ可得：（NH₄）₂CO₃（aq）+H₂O （l）+CO₂（g）?2NH₄HCO₃（aq）△H₃=2△H₂-△H₁，所以K₃=$\frac{{K}_{2}^{2}}{{K}_{1}}$，
故答案為：$\frac{{K}_{2}^{2}}{{K}_{1}}$；
（2）①由圖甲可知溫度升高氫氣的濃度增加，水蒸氣的濃度減小，所以平衡逆向移動，所以正反應(yīng)是放熱，所以a＜0，故答案為：＜；
②A．使用催化劑，可降低反應(yīng)活化能，加快反應(yīng)速率，故正確；
B．其它條件不變時，若擴(kuò)大容器容積，則U_正減小，v_逆減小，故錯誤；
C．測得容器內(nèi)混合氣體密度一直不隨時間改變而改變，所以不一定平衡，故錯誤；
故選A；
③2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）
初起：a        3a        0         0
變化：29     3a-42=87   14.5      58
平衡：a-29     42      14.5       58
所以a=43，轉(zhuǎn)化率=$\frac{變化量}{初始量}×100%$=$\frac{29}{43}$×100%=67.4%，
故答案為：67.4%；
④393K下，該反應(yīng)達(dá)到平衡后，再向容器中按n（CO₂）：n（H₂）=1：3投入CO₂和H₂，相當(dāng)于增大壓強，平衡正向移動，所以則n（H₂）/n（C₂H₄）將變小，
故答案為：變小；
⑤電解時，二氧化碳在b極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成乙烯，電極反應(yīng)式為2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O，故答案為：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，故答案為：陽．

點評 本題為綜合題，考查熱化學(xué)方程式書寫方法和蓋斯定律的計算應(yīng)用，化學(xué)平衡常數(shù)、反應(yīng)速率的影響因素分析，明確化學(xué)平衡相關(guān)規(guī)律、清楚圖象含義是解題關(guān)鍵，題目難度中等．