Question

二氧化碳的捕集与利用是实现温室气体减排的重要途径之一。

(1)目前工业上使用的捕碳剂有 NH₃ 和(NH₄)₂CO₃，它们与 CO₂ 可发生如下可逆反应：

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

则 K₃＝________(用含 K₁、K₂ 的代数式表示)。

(2)利用 CO₂ 制备乙烯是我国能源领域的一个重要战略方向，具体如下：

方法一：

CO₂ 催化加氢合成乙烯，其反应为：2CO₂(g)＋6H₂(g)  C₂H₄(g)＋4H₂O(g)    △H＝a kJ·mol^－1起始时按 n(CO₂)∶n(H₂)＝1∶3的投料比充入20 L的恒容密闭容器中，不同温度下平衡时H₂和H₂O的物质的量如图甲所示：

①a______0(选填“>”或“<”)。

②下列说法正确的是______(填字母序号)。

A 、使用催化剂，可降低反应活化能，加快反应速率

B 、其它条件不变时，若扩大容器容积，则 v_正减小，v_逆增大

C 、测得容器内混合气体密度不随时间改变时，说明反应已达平衡

③393 K下，H₂的平衡转化率为________(保留三位有效数字)。

④393 K下，该反应达到平衡后，再向容器中按 n(CO₂)∶n(H₂)＝1∶3 投入 CO₂ 和 H₂ ，则n(H₂)/n(C₂H₄)将____(填“变大”、“不变”或“变小”)。

方法二：

用惰性电极电解强酸性的二氧化碳水溶液可得到乙烯，其原理如图乙所示。

⑤b电极上的电极反应式为_______。

⑥该装置中使用的是__________(填“阴”或“阳”)离子交换膜。

Answer

< A 67.4% 变小 2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O 阳

【解析】

(1)① 2NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)═(NH4)2CO3(aq) K1

② NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)═NH4HCO3(aq) K2

根据盖斯定律②×2-①可得：(NH4)2CO3(aq)+H2O (l)+CO2(g)⇌2NH4HCO3(aq)，因此 K3=；

(2)①由图甲可知，升高温度，氢气的物质的量增多，平衡逆向移动，则正反应为放热反应，a<0；

②A．使用催化剂，可降低反应活化能，加快反应速率，选项A正确；

B．其它条件不变时，若扩大容器容积，则v正减小，v逆减小，选项B错误；

C．反应前后气体质量不变，恒容条件下密度始终不变，密度不变不能说明反应已达到平衡，选项C错误；

D．反应使用合适的催化剂，催化剂改变反应历程加快反应速率，不改变化学平衡，不改变反应焓变，选项D错误；

答案选A；

③图象分析可知，393K时平衡状态下水、H2的物质的量分别为58mol、42mol，生成58molH2O必然消耗87molH2，则初始时H2的物质的量为（87+42）mol=129mol，则H2的转化率为×100%=67.4%；

④393K下，该反应达到平衡后，再向容器中按n(CO2)：n(H2)=1：3投入CO2和H2，相当于增大压强，平衡正向移动，所以则n(H2)/n(C2H4)将变小；

⑤电解时，二氧化碳在b极上得电子发生还原反应生成乙烯，电极反应式为2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O；

⑥离子交换只允许氢离子通过，所以是阳离子交换膜。