Question

13．研究和解決二氧化碳捕集和轉化問題是當前科學研究的前沿領域．自然界中碳循環(huán)如圖所示：

（1）在海洋中化石燃料轉化為地質碳酸鹽的過程中發(fā)生的反應類型有化合反應或氧化反應或裂解反應．
（2）光合作用是把無機物轉化為有機物的同時，還能把光能轉化為化學能．
（3）化石燃料最終轉化為CO₂，要使化石燃料充分燃燒，需測定煤或石油中的含碳量：將a g的樣品進行充分燃燒，測定所得氣體 （ CO₂、SO₂、NO₂、N₂、O₂ ） 中CO₂的含量．實驗裝置如圖1所示 （ 所用試劑均過量 ）：

①混合氣體通過A和B的目的是除去SO₂、NO₂，防止對Ba（OH）₂吸收CO₂造成干擾
②裝置D的作用是防止空氣中的CO₂進入裝置C，造成測碳量產生誤差
③實驗結束后，還需要向裝置中通入N₂，其目的是將裝置A、B中的氣體趕入裝置C中，確保CO₂被完全吸收．
④用x mol/L HCl溶液滴定裝置C中過量的Ba（OH）₂，消耗y mLHCl溶液，a g樣品中碳元素的質量分數為$\frac{（b-\frac{1}{2}xy×1{0}^{-3}）×12}{a}$×100%（列出計算式）．
（4）用稀氨水噴霧捕集CO₂最終可得產品NH₄HCO₃．在捕集時，氣相中有中間體 NH₂COONH₄（氨基甲酸銨）生成．現將一定量純凈的氨基甲酸銨置于恒容的密閉真空容器中，分別在不同溫度下進行反應：NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g）．實驗測得的有關數據見表． （ t₁ ＜t₂ ＜t₃ ）

溫度（℃） CO2 濃度 （mol/L） 時間（min）	15	25	35
0	0	0	0
t1	3×10-3	0.9×10-2	2.7×10-2
t2	1×10-3	1.6×10-2	3.1×10-2
t3	1×10-3	1.6×10-2	3.1×10-2

①在15℃，用 NH₃ 的濃度變化表示 0～t₁ 時間段的反應速率為：$\frac{6×1{0}^{-3}}{{t}_{1}}$mol/（L•min）
②能證明該反應在t₂時刻達到化學平衡的是a c（選填字母）．
a．容器內壓強不再變化 b．容器內 NH₃、CO₂物質的量比為 2：1
c．容器內氣體的質量不再變化 d．生成CO₂的速率與消耗NH₃速率相等
（5）用一種鉀鹽的酸性水溶液作電解質，CO₂電催化還原為碳氫化合物（其原理見圖2）．鉑電極是陽（填“陰”或“陽”）極；在銅極上產生乙烯的電極反應式是2CO₂+12H⁺+12e ^-═C₂H₄+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）圖示轉化關系中得到在海洋中化石燃料轉化為地質碳酸鹽的過程中發(fā)生的反應類型；
（2）綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉化成儲存能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程，叫做光合作用，綠色植物通過光合作用不斷消耗大氣中的二氧化碳，維持了生物圈中二氧化碳和氧氣的相對平衡；
（3）①測定煤或石油的含碳量：將a g的樣品進行充分燃燒，測定所得氣體（CO₂、SO₂、NO₂、N₂）中CO₂的含量，過硫酸鈉溶液具有氧化性可以優(yōu)惠二氧化硫為硫酸，氧化一氧化氮為硝酸；
②裝置D的作用是防止空氣中二氧化碳進入C影響測定氣體質量；
③驗結束后，還需要向裝置中通入N₂，把生成的二氧化碳氣體全部趕入裝置B中完全吸收；
④用x mol/L HCl溶液滴定裝置B中過量的Ba（OH）₂，消耗y mLHCl溶液，氫氧化鋇總量減去被鹽酸滴定消耗的物質的量，依據氫氧化鋇溶液吸收二氧化碳生成碳酸鋇沉淀和水的化學反應的定量關系計算；
（4）①根據v=$\frac{△c}{△t}$計算；
②在一定條件下，對于密閉容器中進行的可逆反應NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g），若達到了平衡狀態(tài)，各組分的濃度不變，正逆反應速率相等，據此進行判斷；
（5）陽極是氫氧根離子失電子生成氧氣，在陰極上二氧化碳得電子生成乙烯．

解答 解：（1）圖示轉化關系中得到在海洋中化石燃料轉化為地質碳酸鹽的過程中發(fā)生的反應類型有：化合反應或氧化反應或裂解反應，
故答案為：化合反應或氧化反應或裂解反應；
（2）綠色植物利用光提供的能量，在葉綠體中合成淀粉等有機物，釋放氧氣，并且把光能轉變成化學能，儲存在有機物中的過程，稱為光合作用；光合作用的實質是物質轉化和能量轉化：物質轉化是指將無機物轉化為有機物的過程，能量轉化是指將光能轉化為儲存在有機物里的化學能的過程，光合作用是把無機物轉化為有機物的同時，還能把光能轉化為化學能，
故答案為：化學；
（3）①裝置混合氣體通過A和B的目的是的作用是利用二氧化錳、重鉻酸鉀和濃硫酸除去SO₂、NO₂，防止對Ba（OH）₂吸收二氧化碳產生干擾，
故答案為：除去SO₂、NO₂，防止對Ba（OH）₂吸收二氧化碳產生干擾；
②裝置D的作用是防止空氣中的CO₂進入裝置C，造成測碳量產生誤差，
故答案為：防止空氣中的CO₂進入裝置C，造成測碳量產生誤差；
③驗結束后，還需要向裝置中通入N₂，其目的是：將裝置A中的氣體趕入裝置B，確保CO₂被完全吸收，
故答案為：將裝置A中的氣體趕入裝置B，確保CO₂被完全吸收；
④氫氧化鋇溶液中含氫氧化鋇物質的量為bmol，用來吸收二氧化碳的氫氧化鋇物質的量=bmol-$\frac{1}{2}$xy×10^-3mol，CO₂+Ba（OH）₂=BaCO₃↓+H₂O
二氧化碳物質的量=bmol-$\frac{1}{2}$xy×10^-3mol，樣品（a g）中碳元素的質量分數=$\frac{（b-\frac{1}{2}xy×1{0}^{-3}）×12}{a}$×100%，
故答案為：$\frac{（b-\frac{1}{2}xy×1{0}^{-3}）×12}{a}$×100%；

（4）①在25℃，0～t₁時間內二氧化碳濃度為3×10^-3mol/L，NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g），產生氨氣的濃度變化為：2×3×10^-3=6×10^-3mol/L，則v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{6×1{0}^{-3}mol/L}{{t}_{1}}$=$\frac{6×1{0}^{-3}}{{t}_{1}}$mol/（L•min）；
故答案為：$\frac{6×1{0}^{-3}}{{t}_{1}}$mol/（L•min）；
②NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g），反應為氣體體積增大的反應，
a．反應前后氣體物質的量增大，容器內壓強不再變化說明反應大多平衡狀態(tài)，故a正確；
b．容器內 NH₃、CO₂物質的量比始終為 2：1，不能說明反應大多平衡狀態(tài)，故b錯誤；
c．反應前后氣體質量變化，容器內氣體的質量不再變化說明反應大多平衡狀態(tài)；
d．速率之比等于化學方程式計量數之比，二氧化碳和氨氣速率之比為1：2，生成CO₂的速率與消耗NH₃速率相等不能說明正逆反應速率相同，故d錯誤；
故答案為：a c；
（5）鉑電極是陽極，溶液中氫氧根離子失電子風扇氧化反應，銅電極為陰極，在陰極上二氧化碳得電子生成乙烯，所以其電極反應式為：2CO₂+12H⁺+12e^-=CH₂=CH₂+4H₂O，
故答案為：陽；2CO₂+12H⁺+12e ^-═C₂H₄+4H₂O

點評 本題考查了反應速率概念及其計算，化學平衡分析，電極方程式的書寫等相關知識的試題，要求考生利用圖表、進行數據分析判斷，吸收、提取有效信息，突出了化學信息運用能力的考查，題目難度較大．