Question

【題目】半水煤氣是工業(yè)合成氨的原料氣，其主要成分為H2、CO、CO2、N2和H2O(g)。半水煤氣經(jīng)過下列步驟轉化為合成氨的原料。

（1)步驟I，CO變換反應的能量變化如下圖所示：

①CO變換反應的熱化學方程式是________________。

②一定條件下，向體積固定的密閉容器中充入aL半水煤氣，發(fā)生CO變換反應。測得不同溫度（T1，T2）氫氣的體積分數(shù)ψ(H2)與時間的關系如下所示。

i．T1、T2的大小關系及判斷理由是______________。

ii．請在上圖中畫出：其他條件相同時，起始充入0.5aL半水煤氣，T2溫度下氫氣的體積分數(shù)ψ( H2)隨時間的變化曲線。______________

(2)步驟Ⅱ，用飽和Na2CO3溶液作吸收劑脫除CO2時，初期無明顯現(xiàn)象，后期有固體析出。

①溶液中離子濃度關系正確的是__________（選填字母）。

a．吸收前：c(Na+)>c(CO32-)>c(OH-)>c(HCO3-)

b．吸收初期：2c(CO32-)+2 c(HCO3-)+2c(H2CO3)=c(Na+)

c．吸收全進程：c(Na+)+c( H+)=2c(CO32-)+ c(HCO3-)+ c(OH-)

②后期析出固體的成分及析出固體的原因是___________。

③當吸收劑失效時，請寫出一種可使其再生的方法（用化學方程式表示）：____________。

Answer 1

【答案】 CO(g)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H=-36kJ/mol T2>T1，相同條件下，溫度越高反應速率越快，達到化學平衡狀態(tài)的時間越短 ac 碳酸氫鈉，碳酸氫鈉的溶解度比碳酸鈉的小，依據(jù)反應Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3，水的質量減小，溶質質量增大 2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O

【解析】（1）①根據(jù)圖像可知，CO變換反應的熱化學方程式是：CO(g)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H=-2034 kJ/mol +1998 kJ/mol =-36kJ/mol；

②i．根據(jù)圖像可知，先拐先平得知T2>T1，即原因為：相同條件下，溫度越高反應速率越快，達到化學平衡狀態(tài)的時間越短；ii．該反應為氣體體積不變的反應，根據(jù)等效平衡可知，T2溫度下，其他條件相同時，起始充入0.5aL半水煤氣，為原反應物的一半，平衡時氫氣的體積分數(shù)不變，濃度為原來的一半，反應速率減小，所需時間更長，故圖像為：；

（2）①a、吸收前為飽和Na2CO3溶液，是強堿弱酸鹽，水解顯堿性且二步水解，但水解是微弱的，故：c(Na+)>c(CO32-)>c(OH-)>c(HCO3-)，選項a正確；b、吸收前根據(jù)物料守恒有：2c(CO32-)+2 c(HCO3-)+2c(H2CO3)=c(Na+)，吸收初期碳原子增加，故：2c(CO32-)+2 c(HCO3-)+2c(H2CO3)>c(Na+)，選項b錯誤；c、吸收全進程的離子種類不變，根據(jù)電荷守恒都有：c(Na+)+c( H+)=2c(CO32-)+ c(HCO3-)+ c(OH-)，選項c正確，答案選ac。②后期析出固體的成分為碳酸氫鈉，依據(jù)反應Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3，水的質量減小，溶質質量增大，而溶質碳酸氫鈉的溶解度比碳酸鈉的小，故析出碳酸氫鈉晶體；③當吸收劑失效時，則全部轉化為碳酸氫鈉，將析出的晶體過濾后灼燒可得碳酸鈉，其反應為：2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O。