Question

【題目】捕碳技術(shù)是指從空氣中捕獲二氧化碳的各種科學(xué)技術(shù)的統(tǒng)稱。許多科學(xué)家認(rèn)為從空氣中捕獲二氧化碳不僅在理論上可行，很快還會(huì)成為一個(gè)對(duì)付全球變暖的實(shí)用武器；目前NH3和(NH4)2CO3等物質(zhì)已經(jīng)被用作工業(yè)捕碳劑。

(1)下列物質(zhì)中不可能作為CO2捕獲劑的是___________。

A．Na2CO3 B．HOCH2CH2NH2 C．CH3CH2OH D．NH4Cl

(2)工業(yè)上用NH3捕碳可合成CO (NH2)2：

已知：①標(biāo)準(zhǔn)狀況下，11.2L NH3與足量CO2完全反應(yīng)生成NH2CO2 NH4 (s)時(shí)放出39.8kJ的熱量；②NH2CO2 NH4 (s)= CO(NH2)2(s)+ H2O(g) △H=+72.5 KJ·mol-1。

則2NH3(g)＋CO2(g)=CO(NH2)2(s)+ H2O(g)的△H=_____________KJ·mol-1。

(3)用(NH4)2CO3捕碳的反應(yīng)如下：

(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g) 2(NH4)2HCO3(aq)。為研究溫度對(duì)(NH4)2CO3捕獲CO2效率的影響，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，保持其它初始實(shí)驗(yàn)條件不變，分別在不同溫度下，經(jīng)過相同時(shí)間測(cè)得CO2氣體濃度，得到趨勢(shì)圖：

①c點(diǎn)的逆反應(yīng)速率和d點(diǎn)的正反應(yīng)速率的大小關(guān)系為Ｖ逆c _____Ｖ正d (填“＞”、“＝”或“＜”)

②b、c、d三點(diǎn)的平衡常數(shù)K b 、K c、 Kd 從大到小的順序?yàn)?/span> _____________。(填“＞”、“＝”或“＜”)

③在T2～T4溫度區(qū)間，容器內(nèi)CO2氣體濃度呈現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢(shì)，其原因是________。

(4)用堿性溶液也可捕碳：在常溫下，將0.04mol CO2通入200mL 0.2mol/L的Na2S溶液中，已知： H2CO3的電離平衡常數(shù)：K1=4.3×10—7、K2=5.6×10—11；H2S的電離平衡常數(shù)：K1=5.0×10—8、K2=1.1×10—12�；卮鹣铝袉栴}

①發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_____________________________

②充分反應(yīng)后下列關(guān)系式中正確的是_____________________

A．(Na+)+c(H+)=c(HS-)+2c(S2-)+c(OH-)

B．c(CO32-)+ c(HCO3-)+ c(H2CO3)>c(H2S)+c(HS-)+c(S2-)

C．c(Na+)>c(HCO3-)>c(HS-)>c(OH-)

③計(jì)算反應(yīng)后的溶液中c(H2S).c(OH-)/c(HS-)的值為______________

Answer 1

【答案】C D -86.7 < K b＞K c＞Kd T2-T3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)的速率越快，所以CO2被捕獲的量隨溫度升高而提高。T3-T4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(dòng)，所以不利于CO2的捕獲 CO2+S2—+H2O=HCO3—+HS— C 2×10—7

【解析】

(1)二氧化碳是酸性氧化物,能夠與堿性的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)；

(2)根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算；

(3)①溫度高反應(yīng)速率快，據(jù)此分析c點(diǎn)的逆反應(yīng)速率和d點(diǎn)的正反應(yīng)速率的大小關(guān)系；

②該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡左移，平衡常數(shù)減小，據(jù)此進(jìn)行分析；

③T2-T3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)的速率越快；T3-T4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(dòng)，所以不利于CO2的捕獲；據(jù)此進(jìn)行分析。

(4)①根據(jù)電離平衡常數(shù)可知酸性由大到小順序：H2CO3>H2S>HCO3->HS-，根據(jù)強(qiáng)酸制備弱酸規(guī)律，分析該反應(yīng)的產(chǎn)物；

②充分反應(yīng)后所得溶液為碳酸氫鈉和硫氫化鈉；根據(jù)物料守恒、電荷守恒進(jìn)行分析，根據(jù)兩種酸式鹽水解的能力進(jìn)行分析；

③c(H2S)×c(OH-)/c(HS-)=c(H2S)×c(OH-)×c(H+)/c(HS-)c(H+)=KW/Ka1，據(jù)此進(jìn)行計(jì)算。

(1)二氧化碳是酸性氧化物,具有堿性的物質(zhì)均能捕獲CO2,反應(yīng)如下: Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3, HOCH2CH2NH2+CO2+H2O= HOCH2CH2NH3++ HCO3-；而CH3CH2OH顯中性，NH4Cl溶液顯酸性均不與CO2反應(yīng)，不能做CO2捕獲劑；

因此，本題正確答案是: C D。

(2)①標(biāo)準(zhǔn)狀況下，11.2L NH3的物質(zhì)的量為0.5mol，與足量CO2完全反應(yīng)生成NH2CO2 NH4 (s)時(shí)放出39.8kJ的熱量，則2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2 NH4 (s)，△H=-39.8×4=-159.2KJ·mol-1；②NH2CO2 NH4 (s)= CO(NH2)2(s)+ H2O(g) △H=+72.5 KJ·mol-1。

根據(jù)蓋斯定律可知：①+②可得2NH3(g)＋CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H=-159.2KJ·mol-1+72.5KJ·mol-1=-86.7KJ·mol-1。

綜上所述。本題答案是：-86.7。

(3)①針對(duì)于同一個(gè)反應(yīng)來講，溫度高反應(yīng)速率快，d點(diǎn)溫度大于c點(diǎn)的溫度，所以c點(diǎn)的逆反應(yīng)速率和d點(diǎn)的正反應(yīng)速率的大小關(guān)系為Ｖ逆c ＜Ｖ正d；

綜上所述，本題答案是：＜。

②在圖1中CO2的濃度存在一最低點(diǎn),則在T1～T2區(qū)間,反應(yīng)未達(dá)到化學(xué)平衡,溫度升高,反應(yīng)速率加快,CO2被捕捉的量增加,剩余CO2的濃度減小；T4～T5區(qū)間,反應(yīng)已達(dá)到化學(xué)平衡,升高溫度剩余CO2的濃度增大,即升高溫度,反應(yīng)平衡向左移動(dòng),因此正反應(yīng)為放熱反應(yīng),即ΔH3<0，所以溫度升高，平衡常數(shù)減小，因此b、c、d三點(diǎn)的平衡常數(shù)K b 、K c、Kd 從大到小的順序?yàn)?/span> K b＞K c＞Kd；

綜上所述，本題答案是; K b＞K c＞Kd。

③T2-T3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)的速率越快，所以CO2被捕獲的量隨溫度升高而提高。T3-T4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(dòng)，所以不利于CO2的捕獲；所以在T2～T4溫度區(qū)間，容器內(nèi)CO2氣體濃度呈現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢(shì)；

綜上所述，本題答案是：T2-T3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)的速率越快，所以CO2被捕獲的量隨溫度升高而提高。T3-T4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(dòng)，所以不利于CO2的捕獲。

(4)①根據(jù)電離平衡常數(shù)可知，酸性大小順序：H2CO3>H2S>HCO3->HS-，所以將0.04molCO2通入200mL0.2mol/L的Na2S溶液中，n(CO2)：n(Na2S)=1:1反應(yīng)生成碳酸氫鈉和硫氫化鈉，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為CO2+S2—+H2O=HCO3—+HS—；

綜上所述，本題答案是：CO2+S2—+H2O=HCO3—+HS—；

②據(jù)①分析可知，充分反應(yīng)后所得溶液為碳酸氫鈉和硫氫化鈉，

A．溶液中存在電荷守恒，(Na+)+c(H+)=c(HS-)+2c(S2-)+c(OH-)+c(HCO3-)+2c(CO32-), A錯(cuò)誤；

B．同濃度的同體積的碳酸氫鈉和硫氫化鈉，二者溶質(zhì)的物質(zhì)的量相等，因此根據(jù)物料守恒可知：c(CO32-)+c(HCO3-)+c(H2CO3)=c(H2S)+c(HS-)+c(S2-)，B錯(cuò)誤；

C．碳酸氫鈉溶液的Kh=KW/Ka1=10-14/4.3×10-7=1/4.3×10-7；硫氫化鈉溶液的Kh=KW/Ka1=10-14/5.0×10—8=1/5×10-6，碳酸氫鈉溶液的水解能力小于硫氫化鈉溶液的水解能力，所以c(Na+)>c(HCO3-)>c(HS-)>c(OH-)；C正確；

綜上所述，本題答案是：C。

③c(H2S)×c(OH-)/c(HS-)=c(H2S)×c(OH-)×c(H+)/c(HS-)c(H+)=KW/Ka1=10-14/5.0×10-8=1/5×10—6=2×10-7；

綜上所述，本題答案是：2×10-7。