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： ①H2（g）+ O2（g）=H2O（l）△H=﹣285.8kJ/mol
②CO（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CH3COOCu（NH3）2（aq）+CO（g）═CH3COOCu（NH3）2CO（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．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）+3CO（g）═2Fe （s）+3CO2（g）．該反應在不同溫度下的平衡常數如表所示：

溫度/℃	1000	1115	1300
平衡常數	4.0	3.7	3.5

①該反應的△H0（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CO
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】
（1）N2、CO
（2）+35.7
（3）升溫或減壓；盡量在PSA﹣I中將CO2脫除（保證PSA﹣I吸附CO2的時間）；氮氣
（4）＜；ab
【解析】解：（1）N2、CO、CO2、H2O中的電子數分別為14、14、22和10個，故氮氣和CO為等電子體，所以答案是：N2、CO；（2）已知反應①H2（g）+ O2（g）=H2O（l）△H=﹣285.8kJ/mol②CO（g）+ O2（g）=CO2（g）△H=﹣283.0kJ/mol
③CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣890.3kJ/mol
根據蓋斯定律可知，將①×2+②﹣③可得：CO（g）+2H2（g）=CH4（g）+ O2（g）△H=（﹣285.8kJ/mol）×2+（﹣283.0kJ/mol）﹣（﹣890.3kJ/mol）=+35.7KJ/mol，所以答案是：+35.7；（3）①CH3COOCu（NH3）2 （aq）+CO（g）CH3COOCu（NH3）2CO（aq）△H＜0，反應是氣體體積減小的放熱反應，故升高溫度或減小壓強均可以使平衡左移從而實現CO與吸收液的分離，所以答案是：升溫或減壓；
②CO吸附劑的開發大多數以銅（+1）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，圖像方向可知時間越長CO回收率越高，為了保證載銅吸附劑對CO的吸附和提純要求，應采取的措施是盡量在PSA﹣I中將CO2 脫除（保證PSA﹣I吸附CO2的時間）；“放空氣體”的主要成分為氮氣．
所以答案是：盡量在PSA﹣I中將CO2 脫除（保證PSA﹣I吸附CO2的時間）；氮氣；（4）①溫度越高，該反應的平衡常數越小，故升高溫度，平衡左移，則反應放熱，即△H小于0，所以答案是：＜；
②a．適當降低反應體系的溫度，平衡右移，則CO的平衡轉化率提高，故a正確；
b．及時移出體系中的CO2 ， 平衡右移，則CO的平衡轉化率提高，故b正確；
c．加入合適的催化劑，平衡不移動，CO的平衡轉化率不變，故c錯誤；
d．由于此反應是個氣體的物質的量不變的反應，故減小容器的容積，平衡不移動，CO的平衡轉化率不變，故d錯誤；
e．由于氧化鐵為固體，故增大Fe2O3的量，平衡不移動，則CO的平衡轉化率不變，故e錯誤．
故選ab．
【考點精析】利用反應熱和焓變和化學平衡狀態本質及特征對題目進行判斷即可得到答案，需要熟知在化學反應中放出或吸收的熱量，通常叫反應熱；化學平衡狀態的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動”即是動態平衡，平衡時反應仍在進行；“定”即反應混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學平衡；與途徑無關，外界條件不變，可逆反應無論是從正反應開始，還是從逆反應開始，都可建立同一平衡狀態（等效）．