Question

19．二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．
（1）目前工業(yè)上用的捕碳劑NH₃和（NH₄）₂CO₃，它們與CO₂發(fā)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=$\frac{{{K}_{2}}^{2}}{{K}_{1}}$（用含K₁、K₂的代數(shù)式表示）
（2）利用CO₂制備乙烯是我國能源領域的一個重要戰(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20L的恒容密閉容器中，不同溫度下平衡時的H₂和H₂O的物質(zhì)的量如圖甲所示

①下列說法正確的是AC；
A．該反應正反應的活化能小于逆反應的活化能
B．其它條件不變時，若壓縮容器容積，則活化分子百分數(shù)增大，v_正和v_逆均增大
C．測得容器內(nèi)混合氣體平均分子量不隨時間改變時，說明反應已達到平衡
D．使用合適的催化劑，催化劑改變反應歷程，減小反應焓變，加快反應速率
②393K下，H₂的平衡轉化率為67.4%（保留三位有效數(shù)字）；
③393K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）將變小（填“變大”或“不變”或“變小”或“無法確定”）；
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．
④b電極上的電極反應式為2CO₂+12e^-+12H⁺=C₂H₄+4H₂O；
⑤該裝置中使用的是陽（填“陽”或“陰”）離子交換膜．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律，熱化學方程式Ⅱ×2-熱化學方程式Ⅰ可得熱化學方程式Ⅲ，從而得出目標反應Ⅲ的焓變△H₃；
（2）①A．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U_正減小，v_逆減��；
C．反應前后氣體物質(zhì)的量減小，氣體質(zhì)量不變，測得容器內(nèi)混合氣體平均分子量不隨時間改變時，說明反應已達到平衡；
D．反應使用合適的催化劑，催化劑改變反應歷程，不改變反應焓變，加快反應速率；
②根據(jù)三行式求平衡時各物質(zhì)的量，然后根據(jù)轉化率等于$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
③393K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；
④電解時，二氧化碳在b極上得電子發(fā)生還原反應生成乙烯；
⑤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Ⅰ：2NH₃（l）+H₂O（l）+CO₂（g）═（NH₄）₂CO₃（aq）△H₁
反應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）①A．使用催化劑，可降低反應活化能，加快反應速率，故A正確；
B．其它條件不變時，若擴大容器容積，則U_正減小，v_逆減小，故B錯誤；
C．反應前后氣體物質(zhì)的量減小，氣體質(zhì)量不變，測得容器內(nèi)混合氣體平均分子量不隨時間改變時，說明反應已達到平衡，故C正確；
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，故D錯誤；
故答案為：AC；
②圖象分析可知，393K時平衡狀態(tài)下水的物質(zhì)的量為58mol，結合化學平衡三行計算列式，設起始量二氧化碳和氫氣分別為amol，3amol，
        2CO₂（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，
轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%=$\frac{29}{43}$×100%=67.4%，
故答案為：67.4%；
③393K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，
故答案為：變��；
④電解時，二氧化碳在b極上得電子發(fā)生還原反應生成乙烯，電極反應式為2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O，
故答案為：2CO₂+12H⁺+12e^-=C₂H₄+4H₂O；
⑤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，考查熱化學方程式書寫方法和蓋斯定律的計算應用，化學平衡常數(shù)、反應速率的影響因素分析，明確化學平衡相關規(guī)律、清楚圖象含義是解題關鍵，題目難度中等．