Question

半水煤气是工业合成氨的原料气，其主要成分为H₂、CO、CO₂、N₂和H₂O(g)。半水煤气经过下列步骤转化为合成氨的原料。

（1）步骤ⅰ，发生的是CO变换反应。

①CO变换反应的化学方程式是____________________________________。

②一定条件下，向体积固定为1 L的密闭容器中充入一定量半水煤气，发生CO变换反应。下图表示氢气与氮气的平衡体积比[V(H₂):V(N₂)]随外部条件X的变化关系。

Ⅰ.X代表的物理量是______________________________。

Ⅱ.CO变换反应的△H _____0（填“＞”或“＜”），判断的依据是_____________________________。

③若用a、b、c、d 分别代表CO变换反应中相关化学键：H-H、H-O、、C＝O的键能（kJ·mol^-1）的数值，已知CO的结构式是。消耗1mol CO时，该反应的热效应 △H = _______________。

（2）步骤ⅱ中，用2.0 mol/L Na₂CO₃溶液作吸收剂脱除CO₂。

①当溶液pH降至10的过程中（无沉淀析出），溶液中离子浓度关系正确的是________（选填字母）。

a．c(CO₃^2－)＋c(HCO₃^－) ＋ c(H₂CO₃) ＝2.0 mol/L

b．c(Na⁺)+c(H⁺)＝2c(CO₃^2－)+c(OH^－)+c(HCO₃^－)

c．c(Na⁺)＞c(CO₃^2－)＞c(HCO₃^－)

②当脱除液失效时，请设计一种可使其再生的方法（结合化学方程式说明）：___________________________。

Answer

CO +H2O(g) =CO2+H2 温度 ＜ 温度升高时，平衡向吸热方向移动，氢气与氮气的体积比减小 c+2b-2d-a b 2NaHCO3 Na2CO3 + CO2↑ +H2O

【解析】试题分析：（1）①CO变换反应是CO与H2O(g)反应生成CO2和H2；②根据图像，随X的增大，V(H2):V(N2)减小，说明氢气减少，CO +H2O(g) =CO2+H2反应逆向进行，根据影响平衡移动的因素分析；③△H=反应物的总键能-生成物的总键能；（2）①用2.0 mol/L Na2CO3溶液作吸收剂脱除CO2，Na2CO3转化为NaHCO3。②当脱除液完全生成碳酸氢钠时失效，加热可使碳酸氢钠分解为碳酸钠；

解析：（1）①CO变换反应是CO与H2O(g)反应生成CO2和H2，反应方程式是CO +H2O(g) =CO2+H2；②Ⅰ. 根据影响平衡移动的因素，增大压强，该反应平衡不移动，改变温度平衡移动；Ⅱ.随温度升高，V(H2):V(N2)减小，说明氢气的减少，CO +H2O(g) =CO2+H2反应逆向进行，所以CO变换反应的△H<0；③△H=反应物的总键能-生成物的总键能，消耗1mol CO时，该反应的热效应 △H =c+2b-2d-a；（2）①用2.0 mol/L Na2CO3溶液作吸收剂脱除CO2，Na2CO3转化为NaHCO3；根据物料守恒，原溶液中c(CO32－)＋c(HCO3－) ＋ c(H2CO3) ＝2.0 mol/L，吸收一定量CO2后，c(CO32－)＋c(HCO3－) ＋ c(H2CO3) >2.0 mol/L，故a错误；根据电荷守恒c(Na+)+c(H+)＝2c(CO32－)+c(OH－)+c(HCO3－)，故b正确；溶液中有碳酸氢钠生成，所以c(HCO3－)可能大于c(CO32－)，故c错误。②当脱除液完全生成碳酸氢钠时失效，加热可使碳酸氢钠分解为碳酸钠，反应方程式是2NaHCO3 Na2CO3 + CO2↑ +H2O；