Question

13．研究和解決二氧化碳捕集和轉(zhuǎn)化問題是當(dāng)前科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域．自然界中碳循環(huán)如圖所示：

（1）在海洋中化石燃料轉(zhuǎn)化為地質(zhì)碳酸鹽的過程中發(fā)生的反應(yīng)類型有化合反應(yīng)或氧化反應(yīng)或裂解反應(yīng)．
（2）光合作用是把無機物轉(zhuǎn)化為有機物的同時，還能把光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能．
（3）化石燃料最終轉(zhuǎn)化為CO₂，要使化石燃料充分燃燒，需測定煤或石油中的含碳量：將a g的樣品進行充分燃燒，測定所得氣體 （ CO₂、SO₂、NO₂、N₂、O₂ ） 中CO₂的含量．實驗裝置如圖1所示 （ 所用試劑均過量 ）：

①混合氣體通過A和B的目的是除去SO₂、NO₂，防止對Ba（OH）₂吸收CO₂造成干擾
②裝置D的作用是防止空氣中的CO₂進入裝置C，造成測碳量產(chǎn)生誤差
③實驗結(jié)束后，還需要向裝置中通入N₂，其目的是將裝置A、B中的氣體趕入裝置C中，確保CO₂被完全吸收．
④用x mol/L HCl溶液滴定裝置C中過量的Ba（OH）₂，消耗y mLHCl溶液，a g樣品中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{（b-\frac{1}{2}xy×1{0}^{-3}）×12}{a}$×100%（列出計算式）．
（4）用稀氨水噴霧捕集CO₂最終可得產(chǎn)品NH₄HCO₃．在捕集時，氣相中有中間體 NH₂COONH₄（氨基甲酸銨）生成．現(xiàn)將一定量純凈的氨基甲酸銨置于恒容的密閉真空容器中，分別在不同溫度下進行反應(yīng)：NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g）．實驗測得的有關(guān)數(shù)據(jù)見表． （ t₁ ＜t₂ ＜t₃ ）

溫度（℃） CO2 濃度 （mol/L） 時間（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 的濃度變化表示 0～t₁ 時間段的反應(yīng)速率為：$\frac{6×1{0}^{-3}}{{t}_{1}}$mol/（L•min）
②能證明該反應(yīng)在t₂時刻達到化學(xué)平衡的是a c（選填字母）．
a．容器內(nèi)壓強不再變化 b．容器內(nèi) NH₃、CO₂物質(zhì)的量比為 2：1
c．容器內(nèi)氣體的質(zhì)量不再變化 d．生成CO₂的速率與消耗NH₃速率相等
（5）用一種鉀鹽的酸性水溶液作電解質(zhì)，CO₂電催化還原為碳氫化合物（其原理見圖2）．鉑電極是陽（填“陰”或“陽”）極；在銅極上產(chǎn)生乙烯的電極反應(yīng)式是2CO₂+12H⁺+12e ^-═C₂H₄+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）圖示轉(zhuǎn)化關(guān)系中得到在海洋中化石燃料轉(zhuǎn)化為地質(zhì)碳酸鹽的過程中發(fā)生的反應(yīng)類型；
（2）綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程，叫做光合作用，綠色植物通過光合作用不斷消耗大氣中的二氧化碳，維持了生物圈中二氧化碳和氧氣的相對平衡；
（3）①測定煤或石油的含碳量：將a g的樣品進行充分燃燒，測定所得氣體（CO₂、SO₂、NO₂、N₂）中CO₂的含量，過硫酸鈉溶液具有氧化性可以優(yōu)惠二氧化硫為硫酸，氧化一氧化氮為硝酸；
②裝置D的作用是防止空氣中二氧化碳進入C影響測定氣體質(zhì)量；
③驗結(jié)束后，還需要向裝置中通入N₂，把生成的二氧化碳氣體全部趕入裝置B中完全吸收；
④用x mol/L HCl溶液滴定裝置B中過量的Ba（OH）₂，消耗y mLHCl溶液，氫氧化鋇總量減去被鹽酸滴定消耗的物質(zhì)的量，依據(jù)氫氧化鋇溶液吸收二氧化碳生成碳酸鋇沉淀和水的化學(xué)反應(yīng)的定量關(guān)系計算；
（4）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算；
②在一定條件下，對于密閉容器中進行的可逆反應(yīng)NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g），若達到了平衡狀態(tài)，各組分的濃度不變，正逆反應(yīng)速率相等，據(jù)此進行判斷；
（5）陽極是氫氧根離子失電子生成氧氣，在陰極上二氧化碳得電子生成乙烯．

解答 解：（1）圖示轉(zhuǎn)化關(guān)系中得到在海洋中化石燃料轉(zhuǎn)化為地質(zhì)碳酸鹽的過程中發(fā)生的反應(yīng)類型有：化合反應(yīng)或氧化反應(yīng)或裂解反應(yīng)，
故答案為：化合反應(yīng)或氧化反應(yīng)或裂解反應(yīng)；
（2）綠色植物利用光提供的能量，在葉綠體中合成淀粉等有機物，釋放氧氣，并且把光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能，儲存在有機物中的過程，稱為光合作用；光合作用的實質(zhì)是物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量轉(zhuǎn)化：物質(zhì)轉(zhuǎn)化是指將無機物轉(zhuǎn)化為有機物的過程，能量轉(zhuǎn)化是指將光能轉(zhuǎn)化為儲存在有機物里的化學(xué)能的過程，光合作用是把無機物轉(zhuǎn)化為有機物的同時，還能把光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，
故答案為：化學(xué)；
（3）①裝置混合氣體通過A和B的目的是的作用是利用二氧化錳、重鉻酸鉀和濃硫酸除去SO₂、NO₂，防止對Ba（OH）₂吸收二氧化碳產(chǎn)生干擾，
故答案為：除去SO₂、NO₂，防止對Ba（OH）₂吸收二氧化碳產(chǎn)生干擾；
②裝置D的作用是防止空氣中的CO₂進入裝置C，造成測碳量產(chǎn)生誤差，
故答案為：防止空氣中的CO₂進入裝置C，造成測碳量產(chǎn)生誤差；
③驗結(jié)束后，還需要向裝置中通入N₂，其目的是：將裝置A中的氣體趕入裝置B，確保CO₂被完全吸收，
故答案為：將裝置A中的氣體趕入裝置B，確保CO₂被完全吸收；
④氫氧化鋇溶液中含氫氧化鋇物質(zhì)的量為bmol，用來吸收二氧化碳的氫氧化鋇物質(zhì)的量=bmol-$\frac{1}{2}$xy×10^-3mol，CO₂+Ba（OH）₂=BaCO₃↓+H₂O
二氧化碳物質(zhì)的量=bmol-$\frac{1}{2}$xy×10^-3mol，樣品（a g）中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{（b-\frac{1}{2}xy×1{0}^{-3}）×12}{a}$×100%，
故答案為：$\frac{（b-\frac{1}{2}xy×1{0}^{-3}）×12}{a}$×100%；

（4）①在25℃，0～t₁時間內(nèi)二氧化碳濃度為3×10^-3mol/L，NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g），產(chǎn)生氨氣的濃度變化為：2×3×10^-3=6×10^-3mol/L，則v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{6×1{0}^{-3}mol/L}{{t}_{1}}$=$\frac{6×1{0}^{-3}}{{t}_{1}}$mol/（L•min）；
故答案為：$\frac{6×1{0}^{-3}}{{t}_{1}}$mol/（L•min）；
②NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g），反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，
a．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量增大，容器內(nèi)壓強不再變化說明反應(yīng)大多平衡狀態(tài)，故a正確；
b．容器內(nèi) NH₃、CO₂物質(zhì)的量比始終為 2：1，不能說明反應(yīng)大多平衡狀態(tài)，故b錯誤；
c．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量變化，容器內(nèi)氣體的質(zhì)量不再變化說明反應(yīng)大多平衡狀態(tài)；
d．速率之比等于化學(xué)方程式計量數(shù)之比，二氧化碳和氨氣速率之比為1：2，生成CO₂的速率與消耗NH₃速率相等不能說明正逆反應(yīng)速率相同，故d錯誤；
故答案為：a c；
（5）鉑電極是陽極，溶液中氫氧根離子失電子風(fēng)扇氧化反應(yīng)，銅電極為陰極，在陰極上二氧化碳得電子生成乙烯，所以其電極反應(yīng)式為：2CO₂+12H⁺+12e^-=CH₂=CH₂+4H₂O，
故答案為：陽；2CO₂+12H⁺+12e ^-═C₂H₄+4H₂O

點評 本題考查了反應(yīng)速率概念及其計算，化學(xué)平衡分析，電極方程式的書寫等相關(guān)知識的試題，要求考生利用圖表、進行數(shù)據(jù)分析判斷，吸收、提取有效信息，突出了化學(xué)信息運用能力的考查，題目難度較大．