Question

【題目】氫氣作為清潔能源有著廣泛的應用前景，采用天然氣制備氫氣的流程如下。

請回答下列問題：

Ⅰ.蒸汽轉化：在催化劑的作用下，水蒸氣將CH4氧化，結合圖表信息回答問題。

(1)該過程的熱化學方程式是__________。

(2)平衡混合物中CO的體積分數與壓強的關系如圖所示，判斷T1和T2的大小關系：T1_______T2(填“>”“<”或“=”)，并說明理由__________。

(3)一定溫度下，在1L恒容的密閉容器中充入1mol CH4和1mol水蒸氣充分反應達平衡后，測得反應前后容器中氣體的物質的量之比是3:4，計算該條件下反應的平衡常數為______________。

Ⅱ.CO變換：500℃時，CO進一步與水反應生成CO2和H2。

Ⅲ.模擬H2提純工藝：將CO2和H2分離得到H2的過程如下：

依據圖示信息回答：

(4)吸收池中發生反應的離子方程式是_________。

(5)寫出電解池中陽極發生的電極反應式________；結合化學用語說明K2CO3溶液再生的原因_________。

Answer 1

【答案】 > 根據熱化學方程式可知，升高溫度，平衡正向移動， CO的體積分數增大；再對應圖像，壓強一定時，則T1>T2 0.75 陰極放電發生反應：產生的OH-與電解液中的碳酸氫根發生反應：，實現了K2CO3溶液的再生

【解析】

Ⅰ.(1)由圖可知，反應為吸熱反應，△H=2582kJ/mol-2378kJ/mol=+204kJ/mol，據此書寫熱化學方程式；

(2)根據壓強和溫度對化學平衡的影響分析；

(3)由三段式分析，計算該條件下反應的平衡常數；

Ⅲ. 由圖可知，吸收池中二氧化碳與碳酸鉀溶液的反應得到碳酸氫鉀，據此書寫離子方程式。

Ⅰ.(1) 由圖可知，1mol甲烷、1mol水蒸氣生成1molCO和3mol氫氣吸收熱量(25822378)kJ=204kJ，故熱化學方程式為：，故答案為：；

(2)該反應為吸熱反應，升高溫度，平衡正向移動，所以相同壓強下，溫度越高，CO的體積分數越大，故T1>T2，故答案為：>；根據熱化學方程式可知，升高溫度，平衡正向移動， CO的體積分數增大，再對應圖像，壓強一定時，則T1>T2；

(3) 一定溫度下，在1L恒容的密閉容器中充入1molCH4和1mol的水蒸氣充分反應達平衡后，測得反應前后容器中氣體的物質的量之比是3:4，設消耗甲烷物質的量x，據此計算：

，x=mol，則平衡時各物質的濃度分別為：c(CH4)=c(H2O)=mol/L，c(CO)=mol/L，c(H2)=1mol/L，則該反應的平衡常數K==0.75，故答案為：0.75；

Ⅲ.(4)由圖可知，吸收池中氫氣并未反應，二氧化碳被吸收進入惰性電極電解池,即吸收池中為二氧化碳與碳酸鉀溶液的反應，離子方程式為：CO32-+CO2+H2O=2HCO3-，故答案為：CO32-+CO2+H2O=2HCO3-；

(5)HCO3存在電離平衡：HCO3H++CO32，陰極H+放電濃度減小平衡右移，CO32-再生，陰極反應：2H2O＋2e－=H2↑＋OH-，陽極反應：；HCO3-+OH-═CO32-+H2O，使碳酸鉀溶液得以再生，故答案為：；陰極放電發生反應：產生的OH-與電解液中的碳酸氫根發生反應：，實現了K2CO3溶液的再生。