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），平衡常數K隨溫度變化如表：

溫度/℃	200	300	400
K	290	39	11.7

①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”、“再生”兩個過程： ．
（2）Fe3O4是水煤氣變換反應的常用催化劑，經CO、H2還原Fe2O3制備．兩次實驗結果如表：

	實驗Ⅰ	實驗Ⅱ
通入氣體	CO、H2	CO、H2、H2O（g）
固體產物	Fe3O4、Fe	Fe3O4

結合化學方程式解釋H2O（g）的作用： ．
（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 ．
③膜Ⅰ側所得氣體 =3，CH4、H2O、O2反應的化學方程式是 ．

Answer 1

【答案】
（1）ac；NH3+H2O+CO2=NH4HCO3、NH4HCO3 NH3↑+H2O+CO2↑
（2）Fe3O4（s）+4H2（g）?3Fe（s）+4H2O（g），加入H2O（g）后抑制Fe3O4被H2進一步還原
（3）CH4；H2O+2e-=H2+O2﹣、O2+4e-=2O2﹣；14CH4+12H2O+O2=14CO+4OH2 ．
【解析】解：（1）①a．由表格數據可知，溫度越高，K越小，則正反應為放熱反應，則△H＜0，故正確；b．該反應為氣體體積不變的反應，增大壓強，平衡不移動，不能提高轉化率，故錯誤；c．增大水蒸氣濃度，反應速率增大，促進CO的轉化，則可以同時增大CO的平衡轉化率和反應速率，故正確； 所以答案是：a c；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”、“再生”兩個過程吸收：NH3+H2O+CO2=NH4HCO3、NH4HCO3 NH3↑+H2O+CO2↑，所以答案是：NH3+H2O+CO2=NH4HCO3、NH4HCO3 NH3↑+H2O+CO2↑；（2）發生Fe3O4（s）+4H2（g）3Fe（s）+4H2O（g），增大生成物濃度，平衡逆向移動，則H2O（g）的作用為Fe3O4（s）+4H2（g）3Fe（s）+4H2O（g），加入H2O（g）后抑制Fe3O4被H2進一步還原，所以答案是：Fe3O4（s）+4H2（g）3Fe（s）+4H2O（g），加入H2O（g）后抑制Fe3O4被H2進一步還原；（3）①C失去電子，則起還原作用的物質是CH4 ， 所以答案是：CH4；②膜Ⅰ側發生的電極反應式是H2O+2e﹣=H2+O2﹣、O2+4e﹣=2O2﹣ ， 所以答案是：H2O+2e﹣=H2+O2﹣、O2+4e﹣=2O2﹣；③空氣中N2與O2的物質的量之比為4：1，膜Ⅰ側所得氣體 =3，氮氣在反應前后不變，設氮氣為4mol，則生成氫氣為12mol，由膜I側反應可知12molH2O得到電子、1molO2得到電子，膜I上發生12H2O+24e﹣=12H2+12O2﹣、O2+4e﹣=2O2﹣ ， 膜II上14molCH4中C失去84mol電子、H得到56mol電子時，總反應遵循電子守恒，則反應為14CH4+12H2O+O2=14CO+4OH2 ， 所以答案是：14CH4+12H2O+O2=14CO+4OH2 ．
【考點精析】認真審題，首先需要了解化學平衡狀態本質及特征(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）)．