Question

17．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（圖1）轉(zhuǎn)化為合成氨的原料．

（1）步驟I，CO變換反應(yīng)的能量變化如圖2所示：
①CO變換反應(yīng)的熱化學方程式是CO（g）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=-36kJ/mol．
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(yīng)．測得不同溫度（T₁，T₂）氫氣的體積分數(shù)ψ（H₂）與時間的關(guān)系如下所示．
i．T₁、T₂的大小關(guān)系及判斷理由是T₂＞T₁，相同條件下，溫度越高反應(yīng)速率越快，達到化學平衡狀態(tài)的時間越短．
ii．請在圖3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(guān)系正確的是ac（選填字母）．
a．吸收前：c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）
b．吸收初期：2c（CO₃^2-）+2c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）=c（Na⁺）
c．吸收全進程：c（Na⁺）+c（ H⁺）=2c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-）
②后期析出固體的成分及析出固體的原因是碳酸氫鈉，碳酸氫鈉的溶解度比碳酸鈉的小，依據(jù)反應(yīng)Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃，水的質(zhì)量減小，溶質(zhì)質(zhì)量增大．
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）：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O．

Answer 1

分析 （1）①圖2總斷裂化學鍵吸收能量減去形成化學鍵放出的能量得到反應(yīng)的焓變，結(jié)合熱化學方程式書寫方法寫出；
②i．先拐先平溫度高；
ii．其他條件相同時，起始充入0.5aL半水煤氣，濃度減少一半，反應(yīng)達到平衡所需時間增大，但反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，加入0.5aL半水煤氣，相當于減小壓強，平衡不變，反應(yīng)速率減小，繪制出T₂溫度下氫氣的體積分數(shù)ψ（ H₂）隨時間的變化曲線；
（2）①a．吸收前為碳酸鈉溶液，碳酸根離子分步水解溶液顯堿性；
b．吸收初期溶液中為碳酸鈉和少量碳酸氫鈉，鈉元素和碳元素守恒，但碳元素和鈉元素物質(zhì)的量不是2：1；
c．溶液中存在電荷守恒，陰陽離子所帶電荷總數(shù)相同；
②用飽和Na₂CO₃溶液作吸收劑脫除CO₂時，初期無明顯現(xiàn)象，后期有固體析出為碳酸氫鈉晶體；
③當吸收劑失效時可以加熱分解碳酸氫鈉生成碳酸鈉．

解答 解：（1）①圖2總斷裂化學鍵吸收能量減去形成化學鍵放出的能量得到反應(yīng)的焓變△H=1998KJ/mol-2034KJ/mol=-36KJ/mol，反應(yīng)的熱化學方程式為：CO（g）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=-36kJ/mol，
故答案為：CO（g）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=-36kJ/mol；
②ⅰ．圖象分析可知先拐先平溫度高，則T₂＞T₁，相同條件下，溫度越高反應(yīng)速率越快，達到化學平衡狀態(tài)的時間越短，
故答案為：T₂＞T₁，相同條件下，溫度越高反應(yīng)速率越快，達到化學平衡狀態(tài)的時間越短；
ⅱ．其他條件相同時，起始充入0.5aL半水煤氣，濃度減少一半，反應(yīng)達到平衡所需時間增大，但反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，加入0.5aL半水煤氣，相當于減小壓強，平衡不變，反應(yīng)速率減小，繪制出T₂溫度下氫氣的體積分數(shù)ψ（ H₂）隨時間的變化曲線為：，
故答案為：；
（2）①a．吸收前為碳酸鈉溶液，碳酸根離子分步水解溶液顯堿性，溶液中離子濃度大小為：c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-），故a正確；
b．吸收初期溶液中為碳酸鈉和少量碳酸氫鈉，鈉元素和碳元素守恒，但碳元素和鈉元素物質(zhì)的量不是2：1，碳酸鈉溶液中存在2c（CO₃^2-）+2c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）=c（Na⁺），故b錯誤；
c．溶液中存在電荷守恒，c（Na⁺）+c（ H⁺）=2c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-），故c正確；
故答案為：ac；
②用飽和Na₂CO₃溶液作吸收劑脫除CO₂時，初期無明顯現(xiàn)象，后期有固體析出是利用碳酸氫鈉溶解性小于碳酸鈉，依據(jù)反應(yīng)Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃，水的質(zhì)量減小，溶質(zhì)質(zhì)量增大，析出碳酸氫鈉晶體，
故答案為：碳酸氫鈉，碳酸氫鈉的溶解度比碳酸鈉的小，依據(jù)反應(yīng)Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃，水的質(zhì)量減小，溶質(zhì)質(zhì)量增大；
③當吸收劑失效時可以加熱分解碳酸氫鈉生成碳酸鈉，反應(yīng)的化學方程式為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，
故答案為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O．

點評 本題考查了熱化學方程式書寫、化學反應(yīng)速率和化學平衡影響因素分析、化學圖象的繪制、電解質(zhì)溶液中離子濃度關(guān)系、物質(zhì)性質(zhì)等知識點，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．