Question

6．減少二氧化碳的排放以及資源化利用具有重要意義．
（1）有科學(xué)家提出可利用FeO吸收和利用CO₂，相關(guān)熱化學(xué)方程式如下：6FeO（s）+CO₂（g）═2Fe₃O₄（s）+C（s）△H=-76.0kJ•mol^一1，
C（s）+2H₂O（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H=+113.4kJ•mol^一1；
則反應(yīng)：3FeO（s）+H₂O（g）═Fe₃O₄（s）+H₂（g）的△H=+18.7kJ•mol^-1．
（2）目前 （NH₄）₂CO₃已經(jīng)被用作工業(yè)捕碳劑，為研究溫度對(duì)（NH₄）₂CO₃捕獲CO₂效率的影響，在T₁溫度下，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?dú)庾鳛橄♂寗�），在t時(shí)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，保持其他初始實(shí)驗(yàn)條件不變，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過相同時(shí)間測得CO₂氣體濃度，得到趨勢圖（見圖1）．則：
①該反應(yīng)的△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）．
②在T₁～T₂及T₄～T₅兩個(gè)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，化學(xué)反應(yīng)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(dòng)，所以不利于CO₂捕獲．
③該反應(yīng)在溫度為T₁時(shí)，溶液pH隨時(shí)間變化的趨勢曲線如圖2所示．當(dāng)時(shí)間到達(dá)t₁時(shí)，將該反應(yīng)體系溫度迅速上升到T₂，并維持該溫度．請(qǐng)?jiān)谠搱D中畫出t₁時(shí)刻后溶液的pH變化總趨勢曲線．
（3）利用該反應(yīng)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，增加CO₂濃度（或分壓）（寫出兩條）．

Answer 1

分析 （1）①6FeO（s）+CO₂（g）═2Fe₃O₄（s）+C（s）△H=-76.0kJ•mol^一1，
②C（s）+2H₂O（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H=+113.4kJ•mol^一1；
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算（①+②）×$\frac{1}{2}$得到反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；
（2）①溫度升高，c（CO₂）增大，平衡逆向移動(dòng)，說明反應(yīng)Ⅲ是放熱反應(yīng)（△H＜0）；
②T₁-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(dòng)，所以不利于CO₂的捕獲
③反應(yīng)Ⅲ在溫度為T₁時(shí)建立平衡后（由圖2可知：溶液pH不隨時(shí)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(dòng)，溶液pH增大，在T₂時(shí)又建立新的平衡；
（3）根據(jù)平衡移動(dòng)原理分析；

解答 解：（1）①6FeO（s）+CO₂（g）═2Fe₃O₄（s）+C（s）△H=-76.0kJ•mol^一1，
②C（s）+2H₂O（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H=+113.4kJ•mol^一1；
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算（①+②）×$\frac{1}{2}$得到反應(yīng)：3FeO（s）+H₂O（g）═Fe₃O₄（s）+H₂（g）的△H=+18.7 kJ•mol^-1，
故答案為：+18.7 kJ•mol^-1；
（2）①由圖1可知：溫度為T₃時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡，此后溫度升高，c（CO₂）增大，平衡逆向移動(dòng)，說明反應(yīng)Ⅲ是放熱反應(yīng)△H＜0，
故答案為：＜；
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）減小，T₁-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(dòng)，所以不利于CO₂的捕獲，
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，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(dòng)，所以不利于CO₂的捕獲；
③反應(yīng)Ⅲ在溫度為T₁時(shí)建立平衡后（由圖2可知：溶液pH不隨時(shí)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(dòng)，溶液pH增大，在T₂時(shí)又建立新的平衡，圖象應(yīng)為，；
故答案為：

（3）在（NH₄）₂CO₃初始濃度和體積確定的情況下，提高CO₂吸收量，（NH₄）₂CO₃（aq）+H₂O（l）+CO₂（g）?2（NH₄）₂HCO₃（aq）△H＜0，根據(jù)平衡移動(dòng)原理，降低溫度或增大c（CO₂）（或分壓），
故答案為：降低溫度，增加CO₂濃度（或分壓）；

點(diǎn)評(píng) 本題考查熱化學(xué)方程式書寫，化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡移動(dòng)和化學(xué)方程式書寫等，題目綜合性較強(qiáng)，難度中等．