捕碳技術(shù)(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(jīng)被用作工業(yè)捕碳劑,它們與CO2可發(fā)生如下可逆反應(yīng):
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
反應(yīng)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(guān)系是:△H3=2△H2-△H12△H2-△H1.
(2)反應(yīng)Ⅲ的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)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?dú)庾鳛橄♂寗?,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(fù)上述實驗,經(jīng)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(nèi)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(xué)反應(yīng)未達(dá)到平衡,溫度越高,化學(xué)反應(yīng)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(xué)反應(yīng)已達(dá)到平衡,由于正反應(yīng)是放熱反應(yīng),溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動,所以不利于CO2捕獲T1~T2區(qū)間,化學(xué)反應(yīng)未達(dá)到平衡,溫度越高,化學(xué)反應(yīng)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(xué)反應(yīng)已達(dá)到平衡,由于正反應(yīng)是放熱反應(yīng),溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動,所以不利于CO2捕獲.
③反應(yīng)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(dāng)時間到達(dá)t1時,將該反應(yīng)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(yīng)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(zhì)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
O
3
]
?
c
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3
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2
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3
]
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c
(
C
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2
)
【答案】2△H2-△H1;K=;<;T1~T2區(qū)間,化學(xué)反應(yīng)未達(dá)到平衡,溫度越高,化學(xué)反應(yīng)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(xué)反應(yīng)已達(dá)到平衡,由于正反應(yīng)是放熱反應(yīng),溫度升高平衡向逆反應(yīng)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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4
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3
)
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[
(
N
H
4
)
2
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O
3
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c
(
C
O
2
)
【解答】
【點評】
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(1)如圖1是該反應(yīng)在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)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(guān)系是K1K2(填“>”、“<”或“=”).
②以下有關(guān)說法正確的是
a.恒溫、恒容條件下,容器內(nèi)的壓強(qiáng)不發(fā)生變化則可逆反應(yīng)達(dá)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(yīng)達(dá)到平衡
c.使用合適的催化劑能縮短達(dá)到平衡的時間并提高CH3OH的產(chǎn)率
d.某溫度下,將2molCO和6molH2充入2L的密閉容器中,充分反應(yīng),達(dá)到平衡后,測得c(CO)=0.2mol/L,則CO的轉(zhuǎn)化率為80%
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