Question

13．氨在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位．
Ⅰ．已知合成氨反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0；在某密閉容器中充入合成氨的原料氣（N₂、H₂），一定時間后達(dá)到平衡．為提高氨合成反應(yīng)速率，同時使平衡向氨合成方向移動．下列措施可行的是②④⑤（填寫編號）
①升高溫度； ②縮小容器體積（加壓）；
③選擇高效催化劑；   ④在恒容條件下，再充入合成氨的原料氣（N₂、H₂）；
⑤在恒容條件下，再充入原平衡的混合氣；⑥在恒容條件下，分離出氨氣．
Ⅱ．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）?（NH₄）₂HCO₃（aq）△H₂
反應(yīng)Ⅲ：（NH₄）₂O₃（aq）+H₂O（l）+CO₂（g）?2（NH₄）₂HCO₃（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(xué)反應(yīng)未達(dá)到平衡，溫度越高，反應(yīng)速率越快，所以CO₂被捕獲的量隨溫度的升而提高．T₄-T₅區(qū)間，化學(xué)反應(yīng)已到達(dá)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．
②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)體系溫度上升到T₂，并維持該溫度．請在圖中畫出t₁時刻后溶液的pH變化總趨勢曲線．

Answer 1

分析 Ⅰ．該反應(yīng)是正反應(yīng)氣體體積減小的放熱反應(yīng)，若提高氨合成反應(yīng)速率，同時使平衡向氨合成方向移動，從影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素和影響平衡移動的因素綜合考慮，只能是溫度、濃度、壓強(qiáng)三方面因素，所以可能是增大了反應(yīng)物濃度，增大了壓強(qiáng)，不可能是升溫，因為升溫平衡逆向移動，據(jù)此分析；
Ⅱ．（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學(xué)方程式得到反應(yīng)焓變的關(guān)系；
（2）①T₁-T₂區(qū)間，化學(xué)反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，溫度越高，化學(xué)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(xué)反應(yīng)已達(dá)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；
②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．

解答 解：Ⅰ．N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，該反應(yīng)是正反應(yīng)氣體體積減小的放熱反應(yīng)，若提高氨合成反應(yīng)速率，同時使平衡向氨合成方向移動，從影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素和影響平衡移動的因素綜合考慮，只能是溫度、濃度、壓強(qiáng)三方面因素的正增長，所以可能是增大了反應(yīng)物濃度，增大了壓強(qiáng)，不可能是升溫，因為升溫平衡逆向移動，降溫、減壓或減小生成物濃度時，反應(yīng)速率減慢，
①升高溫度增大反應(yīng)速率，平衡逆向進(jìn)行，故①錯誤； 
②縮小容器體積（加壓），壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率增大，平衡正向進(jìn)行，有利于合成氨，故②正確；
③選擇高效催化劑，改變反應(yīng)速率，但不改變化學(xué)平衡，平衡不變，故③錯誤；   
④在恒容條件下，再充入合成氨的原料氣（N₂、H₂），相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，反應(yīng)速率增大，平衡正向進(jìn)行，有利于合成氨，故④正確；
⑤在恒容條件下，再充入原平衡的混合氣，相當(dāng)于增大體系壓強(qiáng)，反應(yīng)速率增大，平衡正向進(jìn)行，有利于合成氨，故⑤正確；
⑥在恒容條件下，分離出氨氣，反應(yīng)速率減小，平衡正向進(jìn)行，不能增大反應(yīng)速率，故⑥錯誤．
故答案為：②④⑤；
Ⅱ．（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）?（NH₄）₂HCO₃（aq）△H₂
反應(yīng)Ⅲ：（NH₄）₂O₃（aq）+H₂O（l）+CO₂（g）?2（NH₄）₂HCO₃（aq）△H₃
2×反應(yīng)Ⅱ-反應(yīng)Ⅰ得到反應(yīng)Ⅲ的熱化學(xué)方程式：（NH₄）₂O₃（aq）+H₂O（l）+CO₂（g）?2（NH₄）₂HCO₃（aq）△H₃=2△H₂-△H₁，
故答案為：2△H₂-△H₁；
（2）①T₁-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)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(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的捕獲，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）減小，
故答案為：T₁-T₂區(qū)間，化學(xué)反應(yīng)未達(dá)到平衡，溫度越高，反應(yīng)速率越快，所以CO₂被捕獲的量隨溫度的升而提高．T₄-T₅區(qū)間，化學(xué)反應(yīng)已到達(dá)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；
②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：．

點評 本題考查了熱化學(xué)方程式書寫，化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡移動和化學(xué)方程式書寫等，影響化學(xué)反應(yīng)速率和影響平衡移動的因素，注意知識的遷移和應(yīng)用是關(guān)鍵，難度較大．