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(yè)捕碳劑,它們與CO2可發(fā)生如下可逆反應:
反應Ⅰ:2NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)?(NH4)2CO3(aq)△H1
反應Ⅱ:NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)?NH4HCO3(aq)△H2
反應Ⅲ:(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g)?2NH4HCO3(aq)△H3
請回答下列問題:
(1)△H3與△H1、△H2之間的關系是:△H3=2△H2-△H12△H2-△H1.
(2)反應Ⅲ的化學平衡常數(shù)表達式為K=c2(NH4HCO3)c[(NH4)2CO3]?c(CO2)K=c2(NH4HCO3)c[(NH4)2CO3]?c(CO2).
(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:
①△H3<<0(填“>”、“=”或“<”).
②在T1~T2及T4~T5兩個溫度區(qū)間,容器內CO2氣體濃度呈現(xiàn)如圖1所示的變化趨勢,其原因是T1~T2區(qū)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(qū)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T1~T2區(qū)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(qū)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,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.
(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吸收量的措施有降低溫度,增加CO2濃度(或分壓)降低溫度,增加CO2濃度(或分壓)
(5)下列物質中也可以作為CO2捕獲劑的是BDBD.
A.NH4Cl B.Na2CO3 C.HOCH2CH2OH D.HOCH2CH2NH2.
c
2
(
N
H
4
HC
O
3
)
c
[
(
N
H
4
)
2
C
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【答案】2△H2-△H1;K=;<;T1~T2區(qū)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(qū)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;降低溫度,增加CO2濃度(或分壓);BD
c
2
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(
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2
)
【解答】
【點評】
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(1)如圖1是該反應在不同溫度下CO的轉化率隨時間變化的曲線.
①T1和T2溫度下的平衡常數(shù)大小關系是K1K2(填“>”、“<”或“=”).
②以下有關說法正確的是
a.恒溫、恒容條件下,容器內的壓強不發(fā)生變化則可逆反應達到平衡
b.一定條件下,H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時可逆反應達到平衡
c.使用合適的催化劑能縮短達到平衡的時間并提高CH3OH的產率
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