Question

9．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-△H₁．
（2）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，保持其它初始實驗條件不變，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～T₅二個溫度區(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，化學反應(yīng)未達到平衡，溫度越高，化學反應(yīng)的速率越快，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(yīng)已達到平衡，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的捕獲．
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．當時間到達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．
（3）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（寫出2個）．

Answer 1

分析 （1）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
根據(jù)蓋斯定律，得反應(yīng)Ⅲ=反應(yīng)Ⅱ×2-反應(yīng)Ⅰ；
故答案為：2△H₂-△H₁；
（2）①溫度升高，c（CO₂）增大，平衡逆向移動，說明反應(yīng)Ⅲ是放熱反應(yīng)（△H₃＜0）；②T₁-T₂區(qū)間，化學反應(yīng)未達到平衡狀態(tài)，溫度越高，化學反應(yīng)速率越快，所以CO₂被捕獲的量隨著溫度的升高而提高．T₃-T₄區(qū)間，化學反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)，由于正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以不利于CO₂的捕獲
③反應(yīng)Ⅲ在溫度為T₁時建立平衡后（由圖2可知：溶液pH不隨時間變化而變化），迅速上升到T₂并維持溫度不變，平衡逆向移動，溶液pH增大，在T₂時又建立新的平衡；
（3）根據(jù)平衡移動原理分析．

解答 解：（1）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
根據(jù)蓋斯定律，得反應(yīng)Ⅲ=反應(yīng)Ⅱ×2-反應(yīng)Ⅰ，所以△H₃與△H₁、△H₂之間的關(guān)系是：△H₃=2△H₂-△H₁；故答案為：2△H₂-△H₁；
（2）①由圖1可知：溫度為T₃時反應(yīng)達平衡，此后溫度升高，c（CO₂）增大，平衡逆向移動，說明反應(yīng)Ⅲ是放熱反應(yīng)△H₃＜0；
②在T₃前反應(yīng)未建立平衡，無論在什么溫度下（NH₄）₂CO₃ （aq）總是捕獲CO₂，故c（CO₂）減�。�
③反應(yīng)Ⅲ在溫度為T₁時建立平衡后（由圖2可知：溶液pH不隨時間變化而變化），迅速上升到T₂并維持溫度不變，平衡逆向移動，溶液pH增大，在T₂時又建立新的平衡，圖象應(yīng)為，；
故答案為：①＜；
②T₁-T₂區(qū)間，化學反應(yīng)未達到平衡，溫度越高，化學反應(yīng)的速率越快，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(yīng)已達到平衡，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的捕獲；
③

（3）根據(jù)平衡移動原理，降低溫度或增大c（CO₂），故答案為：降低溫度；增大CO₂濃度．

點評 本題考查熱化學方程式書寫，化學反應(yīng)速率、化學平衡移動和化學方程式書寫等，題目綜合性較強．