Question

二氧化碳捕集、存儲和轉(zhuǎn)化是當今化學(xué)研究的熱點問題之一．
（1）用釕的配合物作催化劑，一定條件下可直接光催化分解CO₂發(fā)生反應(yīng)：
2CO₂（g）→2CO（g）+O₂（g），該反應(yīng)的△H

 

0，△S

 

0（選填：＞、＜、=）．
（2）CO₂轉(zhuǎn)化途徑之一是：利用太陽能或生物質(zhì)能分解水制H₂，然后將H₂與CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇或其它的化學(xué)品．已知：
光催化制氫：2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）△H=+571.5kJ?mol^-1
H₂與CO₂耦合反應(yīng)：3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-137.8kJ?mol^-1
則反應(yīng)：4H₂O（l）+2CO₂（g）→2CH₃OH（l）+3O₂（g）△H=

 

kJ?mol^-1．你認為該方法需要解決的技術(shù)問題有：

 

．
a．開發(fā)高效光催化劑
b．將光催化制取的氫從反應(yīng)體系中有效分離，并與CO₂耦合催化轉(zhuǎn)化．
c．二氧化碳及水資源的來源供應(yīng)
（3）用稀氨水噴霧捕集CO₂最終可得產(chǎn)品NH₄HCO₃．在捕集時，氣相中有中間體NH₂COONH₄（氨基甲酸銨）生成．為了測定該反應(yīng)的有關(guān)熱力學(xué)參數(shù)，將一定量純凈的氨基甲酸銨置于特制的密閉真空容器中（假設(shè)容器體積不變，固體試樣體積忽略不計），在恒定溫度下使反應(yīng)NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g）達到分解平衡．實驗測得不同溫度及反應(yīng)時間（t₁＜t₂＜t₃）的有關(guān)數(shù)據(jù)見表．
表：氨基甲酸銨分解時溫度、濃度及反應(yīng)時間的關(guān)系

氣體總濃度（mol/L） 溫度（℃） 時間（min）	15	25	35
0	0	0	0
t1	0.9×10-3	2.7×10-3	8.1×10-3
t2	2.4×10-3	4.8×10-3	9.4×10-3
t3	2.4×10-3	4.8×10-3	9.4×10-3

①氨基甲酸銨分解反應(yīng)是：

 

反應(yīng)（選填：“放熱”、“吸熱”）．在25℃，0～t₁時間內(nèi)產(chǎn)生氨氣的平均速率為：

 

．
②根據(jù)表中數(shù)據(jù)可換算出，15℃時合成反應(yīng)2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄（s）平衡常數(shù)K約為：

 

．
（4）用一種鉀鹽水溶液作電解質(zhì)，CO₂電催化還原為碳氫化合物（其原理見下圖）．在陰極上產(chǎn)生乙烯的電極反應(yīng)方程式為：

 

．

Answer 1

考點：反應(yīng)熱和焓變,用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,電解原理

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題

分析：（1）當△G=△H-T?△S＜0時，反應(yīng)能自發(fā)進行；
（2）根據(jù)蓋斯定律，結(jié)合已知熱化學(xué)方程式，計算求解；根據(jù)所以發(fā)生反應(yīng)需要的條件判斷；
（3）①根據(jù)表中溫度對生產(chǎn)氣體的濃度的影響分析；根據(jù)v=

△c

t

計算；
②根據(jù)表中數(shù)據(jù)求出反應(yīng)NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g）的平衡常數(shù)，2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄（s）平衡常數(shù)為前面反應(yīng)的平衡常數(shù)的倒數(shù)；
（4）在陰極上二氧化碳得電子生成乙烯．

解答： 解：（1）2CO₂（g）→2CO（g）+O₂（g），反應(yīng)后氣體物質(zhì)的量增大，則混亂度增大，即△S＞0；一定條件下可直接光催化分解CO₂發(fā)生反應(yīng)，△G=△H-T?△S＜0時，反應(yīng)能自發(fā)進行，則該反應(yīng)△H＞0，
故答案為：＞；＞；
（2）光催化制氫：①2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）△H=+571.5kJ?mol^-1
H₂與CO₂耦合反應(yīng)：②3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-137.8kJ?mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，把①×3+②×2得方程4H₂O（l）+2CO₂（g）→2CH₃OH（l）+3O₂（g）△H=571.5×3+（-137.8）×2=1438.9kJ?mol^-1；
根據(jù)所以發(fā)生反應(yīng)需要的條件可知需要解決的技術(shù)問題有：開發(fā)高效光催化劑；將光催化制取的氫從反應(yīng)體系中有效分離，并與CO₂耦合催化轉(zhuǎn)化；
故答案為：1438.9；ab；
（3）①從表中數(shù)據(jù)可以看出，隨著溫度升高，氣體的總濃度增大，平衡正向移動，則該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；
在25℃，0～t₁時間內(nèi)產(chǎn)生氨氣的濃度變化為：2.7×10^-3×

2

3

=1.8×10^-3mol/L，則v=

△c

t

=

1.8×10-3

t1

mol/（L?min）；
故答案為：吸熱；

1.8×10-3

t1

mol/（L?min）；
②表中數(shù)據(jù)求出反應(yīng)NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g）可知，c（NH₃）=2.4×10^-3×

2

3

=1.6×10^-3mol/L，c（CO₂）=2.4×10^-3×

1

3

=0.8×10^-3mol/L，
所以K=c²（NH₃）×c（CO₂）=（1.6×10^-3）×0.8×10^-3=2.048×10^-9，2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄（s）平衡常數(shù)為前面反應(yīng)的平衡常數(shù)的倒數(shù)
即K′=

1

K

=

1

2.048×10-9

=4.9×10⁸；
故答案為：4.9×10⁸；
（4）在陰極上二氧化碳得電子生成乙烯，所以其電極反應(yīng)式為：2CO₂+12H⁺+12e^-=CH₂=CH₂+4H₂O，故答案為：2CO₂+12H⁺+12e^-=CH₂=CH₂+4H₂O．

點評：本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用，反應(yīng)速率概念及其計算，化學(xué)平衡、化學(xué)平衡常數(shù)的概念及其計算，以及判斷反應(yīng)的焓變、熵變，電極方程式的書寫等相關(guān)知識的試題，要求考生利用圖表、進行數(shù)據(jù)分析判斷，吸收、提取有效信息，突出了化學(xué)信息運用能力的考查，題目難度較大．