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

2NH₃(l)+H₂O(l)+CO₂(g)(NH₄)₂CO₃(aq)                ΔH₁

NH₃(l)+H₂O(l)+CO₂(g)NH₄HCO₃(aq)                ΔH₂

(NH₄)₂CO₃(aq)+H₂O(l)+CO₂(g)2NH₄HCO₃(aq)        ΔH₃

则ΔH₃=______________（用含ΔH₁、ΔH₂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)  ΔH=a kJ·mol^-1

起始时按n(CO₂)∶n(H₂)=1∶3的投料比充入20L的恒容密闭容器中，不同温度下平衡时的H₂和H₂O的物质的量如图甲所示：   

      

①下列说法正确的是________；

A．该反应正反应的活化能小于逆反应的活化能

B．其它条件不变时，若压缩容器容积，则活化分子百分数增大，v_正和v_逆均增大

C．测得容器内混合气体平均分子量不随时间改变时，说明反应已达到平衡

D．使用合适的催化剂，催化剂改变反应历程，减小反应焓变，加快反应速率

②393K下，H₂的平衡转化率为__________（保留三位有效数字）；

③393K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”或“不变”或“变小”或“无法确定”）；

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。

④b电极上的电极反应式为_________________________；

⑤该装置中使用的是_________________（填“阳”或“阴”）离子交换膜。

Answer

2ΔH2-ΔH1 AC 67.4% 变小 2CO2+12e-+12H+=C2H4+4H2O 阳

【解析】(1)① 2NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)═(NH4)2CO3(aq)△H1
② NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)═NH4HCO3(aq)△H2
根据盖斯定律②×2-①可得：(NH4)2CO3(aq)+H2O (l)+CO2(g)⇌2NH4HCO3(aq)△H3=2△H2-△H1；

(2)①A．使用催化剂，可降低反应活化能，加快反应速率，故A正确；B．其它条件不变时，若扩大容器容积，则U正减小，v逆减小，故B错误；C．反应前后气体物质的量减小，气体质量不变，测得容器内混合气体平均分子量不随时间改变时，说明反应已达到平衡，故C正确；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，故D错误；故答案为AC；
②图象分析可知，393K时平衡状态下水的物质的量为58mol，结合化学平衡三行计算列式，设起始量二氧化碳和氢气分别为amol，3amol，
   2CO2(g)+6H2(g)⇌C2H4(g)+4H2O(g)
初起：a     3a   0    0
变化：29   3a-42=87  14.5   58
平衡：a-29   42    14.5   58
所以a=43，
转化率=×100%=×100%=67.4%；
③393K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；
④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；
⑤离子交换只允许氢离子通过，所以是阳离子交换膜。

点睛：应用盖斯定律进行简单计算时，关键在于设计反应过程，同时注意：①参照新的热化学方程式(目标热化学方程式)，结合原热化学方程式(一般2～3个)进行合理“变形”，如热化学方程式颠倒、乘除以某一个数，然后将它们相加、减，得到目标热化学方程式，求出目标热化学方程式的ΔH与原热化学方程式之间ΔH的换算关系。②当热化学方程式乘、除以某一个数时，ΔH也应相应地乘、除以某一个数；方程式进行加减运算时，ΔH也同样要进行加减运算，且要带“+”“－”符号，即把ΔH看作一个整体进行运算。③将一个热化学方程式颠倒书写时，ΔH的符号也随之改变，但数值不变。④在设计反应过程中，会遇到同一物质的三态(固、液、气)的相互转化，状态由固→液→气变化时，会吸热；反之会放热。