Question

【題目】工業上由N2、H2合成NH3。制備H2需經多步完成，其中“水煤氣（CO、H2）變換”是純化H2的關鍵一步。

（1）水煤氣變換：CO（g）+ H2O（g）CO2（g） + H2（g），該反應的H = +41 kJ/mol或﹣41 kJ/mol。

① 平衡常數K隨溫度變化如下：

溫度/℃	200	300	400
K	290	39	11.7

下列分析正確的是__________。

a. 水煤氣變換反應的H＜0

b. 增大壓強，可以提高CO的平衡轉化率

c. 增大水蒸氣濃度，可以同時增大CO的平衡轉化率和反應速率

② 溫度為T1時，向容積為2 L 的密閉容器甲、乙中分別充入一定量的CO和H2O（g），

相關數據如下：

容器	甲		乙
反應物	CO	H2O	CO	H2O
起始時物質的量（mol）	1.2	0.6	2.4	1.2
平衡時物質的量（mol）	0.8	0.2	a	b
達到平衡的時間（min）	t 1		t 2

ⅰ. 甲容器中，反應在t1 min 內的平均反應速率v（H2）=_____mol/（L·min）。

ⅱ. 甲容器中，平衡時，反應的熱量變化為_____kJ。

ⅲ. T1時，反應的平衡常數K甲= ______。

ⅳ. 乙容器中，a =______mol。

（2）以氨水為吸收劑脫除CO2。當其失去吸收能力時，通過加熱使吸收劑再生。用化學方程式表示“吸收”過程：___________________________________。

（3）2016年我國某科研團隊利用透氧膜，一步即獲得N2、H2，工作原理如圖所示。（空氣中N2與O2的物質的量之比按4:1計）。

① 起還原作用的物質是_______。

② 膜Ⅰ側發生的電極反應式是_______。

Answer 1

【答案】a c0.2/t116.411.6 、

【解析】

（1）①a項，由表可知，水煤氣變換反應的平衡常數K隨溫度的升高而減小，所以該反應為放熱反應，H＜0，故a項正確；

b項，由反應方程式可知，反應平衡前后氣體的體積不變，增大壓強，平衡不移動，CO的平衡轉化率不變，故b項錯誤。

c項，增大水蒸氣濃度，活化分子濃度增大，反應速率增大，平衡正向移動，促進CO的轉化，所以增大水蒸氣濃度，可以同時增大CO的平衡轉化率和反應速率，故c項正確；

綜上所述，本題正確答案為ac。

②ⅰ.根據化學反應速率公式得：；

ⅱ. 根據熱化學反應方程式CO（g）+ H2O（g）CO2（g） + H2（g），H =﹣41 kJ/mol，反應0.4mol水蒸氣，反應放出的熱量為0.4mol×41 kJ/mol=16.4 kJ；

ⅲ.. 發生反應：CO（g）+ H2O（g）CO2（g） + H2（g）

反應前（mol）:1.2 0.6 0 0

轉化（mol）: 0.4 0.4 0.4 0.4

平衡時（mol）:0.8 0.2 0.4 0.4

在t1達到平衡狀態時甲容器中,c(CO)=0.8mol÷2L=0.4mol/L, c(H2O)=0.2mol÷2L=0.1mol/L , c(CO2)=0.4mol÷2L=0.2mol/L, c(H2)=0.4mol÷2L=0.2mol/L,則該溫度下反應的平衡常數 ;

(4) CO（g）+ H2O（g）CO2（g） + H2（g）為氣體體積不變的反應,壓強不影響化學平衡,則甲、乙互為等效平衡,達到平衡時反應物轉化率相等,則: ,計算得a=1.6;

（2）氨水吸收CO2的反應為，氨水與二氧化碳反應，生成碳酸氫銨，化學方程式為：。

（3）①反應中，CH4中的C失去電子，所以起還原作用的物質是CH4；

②膜Ⅰ側，H2O得電子生成H2和O2-，O2得電子生成O2-，發生的電極反應式為：、。