Question

【題目】高爐煤氣為煉鐵過程中產生的副產品，主要成分為N2、CO、CO2、H2O等，其中可燃成分CO含量約占25％左右，CO2、N2的含量分別占15%、55%。回答下列問題：

（1）上述提及的氣體分子中，電子數相等的兩種氣體是________（寫化學式）。

（2）高爐煤氣中CO具有較高的利用價值，可以與H2合成甲烷，已知有關反應的熱化學方程式如下：

① H2(g)＋O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJ/mol

② CO(g)＋O2(g)=CO2(g) △H=-283.0kJ/mol

③CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-890.3kJ/mol

則CO(g)+2H2(g)=CH4(g)+ O2(g) △H=_________kJ/mol。

（3）高爐煤氣中N2的含量較高，利用CO前需要對CO 進行富集，實現CO和N2的分離。

① 工業上常采用醋酸亞銅氨溶液來吸收CO，該反應的熱化學方程式為

CH3COOCu(NH3)2(aq)+CO(g)=CH3COOCu(NH3)2·CO(aq) △H＜0。吸收CO后的溶液經過適當處理可恢復為醋酸亞銅氨溶液，從而實現CO與吸收液的分離，分離過程可采取的措施有______________（寫出一種即可）。

②到目前為止，CO吸附劑的開發大多數以亞銅為活性組分負載在各種載體上，然后采用變壓吸附（PSA）方式在含N2體系中脫出CO。下圖是變壓吸附回收高爐煤氣中CO的流程圖：

PSA-I吸附CO2時間對PSA-II中CO回收率的影響見下圖，由此可見，為了保證載體亞銅吸附劑對CO的吸附和提純要求，應采取的措施是________， “放空氣體”的主要成分為_______。

（4）高爐煉鐵過程中發生的主要反應為Fe2O3(s)+ 3 CO(g)===2Fe (s)+3CO2(g)。該反應在不同溫度下的平衡常數如下表所示：

① 該反應的△H______0（填“> " " < ”或“= " ）。

② 欲提高上述反應中CO 的轉化率，可采取的措施是______。

a．適當降低反應體系的溫度 b．及時移出體系中的CO2 c．加入合適的催化劑

d．減小容器的容積 e．增大Fe2O3的量

Answer 1

【答案】 N2、CO +35.7 ①升溫、減壓 延長PSA -I吸附CO2時間 N2 < ab

【解析】試題分析：（1）N2、CO、CO2、H2O的電子數分別是14、14、22、10；(2)根據蓋斯定律計算CO(g)+2H2(g)=CH4(g)+ O2(g) 的△H；（3）①根據平衡移動原理分析；②根據圖示，PSA -I吸附CO2時間越長，吸附劑對CO的吸附效率越大；高爐煤氣主要成分為N2、CO、CO2、H2O等，PSA-I吸附CO2、H2O，PSA-II吸附CO；（4）①升高溫度，平衡常數減小，平衡逆向移動；②平衡正向移動，可以提高CO 的轉化率；

解析：（1）N2、CO、CO2、H2O中N2、CO的電子數相等；

(2)① H2(g)＋O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJ/mol

② CO(g)＋O2(g)=CO2(g) △H=-283.0kJ/mol

③CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-890.3kJ/mol

根據蓋斯定律，①② ③ 得CO(g)+2H2(g)=CH4(g)+ O2(g) △H=+35.7 kJ/mol；（3）①CH3COOCu(NH3)2(aq)+CO(g)=CH3COOCu(NH3)2·CO(aq) △H＜0，要分離CO可使平衡逆向移動，如升溫、減壓等；②根據圖示，PSA -I吸附CO2時間越長，吸附劑對CO的吸附效率越大，所以應采取的措施是延長PSA -I吸附CO2時間；高爐煤氣主要成分為N2、CO、CO2、H2O等，PSA-I吸附CO2、H2O，PSA-II吸附CO，所以“放空氣體”的主要成分為N2；（4）①升高溫度，平衡常數減小，平衡逆向移動，所以正反應放熱，△H<0；②a．適當降低反應體系的溫度，平衡正向移動，CO 的轉化率增大； b．及時移出體系中的CO2，平衡正向移動，CO 的轉化率增大； c．加入合適的催化劑，平衡不移動，CO 的轉化率不變，故c錯誤；d．減小容器的容積，平衡不移動，CO 的轉化率不變，故d錯誤； e．Fe2O3是固體，增大Fe2O3的量，平衡不移動，CO 的轉化率不變，故e錯誤。