Question

【题目】氢气作为清洁能源有着广泛的应用前景，含硫天然气制备氢气的流程如下。

请回答下列问题：

Ⅰ.转化脱硫：将天然气压入吸收塔，30℃时，在T.F菌作用下，酸性环境中脱硫过程示意图如图所示。

（1）过程i中H2S发生了___（填“氧化”或“还原”）反应。

（2）过程ii的离子方程式是___。

（3）已知：①Fe3+在pH＝1.9时开始沉淀，pH＝3.2时沉淀完全。

②30℃时，在T.F菌作用下，不同pH的FeSO4溶液中Fe2+的氧化速率如下表。

pH	0.9	1.2	1.5	1.8	2.1	2.4	2.7	3.0
Fe2+氧化速率/（g·L－1·h－1）	4.5	5.3	6.2	6.8	7.0	6.6	6.2	5.6

请结合以上信息，判断工业脱硫应选择的最佳pH范围，并说明原因：___。

II.蒸气转化：在催化剂的作用下，水蒸气将CH4氧化。结合如图回答问题。

（4）①该过程的热化学方程式是___。

②比较压强p1和p2的大小关系：p1___p2（选填“>”“<”或“＝”）。

III.CO变换：500℃时，CO进一步与水反应生成CO2和H2。

IV.H2提纯：将CO2和H2分离得到H2的过程示意图如图。

（5）①吸收池中发生反应的离子方程式是___。

②结合电极反应式，简述K2CO3溶液的再生原理：___。

Answer 1

【答案】氧化 4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O 1.5≤pH<1.9，当pH大于1.9时，Fe3+开始沉淀，导致Fe2+和Fe3+浓度均下降，会降低反应速率。pH小于1.5时，T.F菌活性较低，反应速率减慢 CH4（g）+H2O（g）＝CO（g）+3H2（g） △H＝+204kJmol－1 ＞ CO2+H2O+CO32－＝2HCO3－ 阴极反应：2H2O+2e＝H2↑+2OH－，OH－+HCO3－＝CO32－+H2O；阳极反应：4H2O－4e＝O2↑+4H+，H++HCO3－＝CO2+H2O，阳极区多余的K+经阳离子交换膜进入阴极区，使K2CO3溶液得以再生

【解析】

I．转化脱硫：将天然气压入吸收塔，30℃时，在T．F菌作用下，酸性环境中脱硫过程示意图如图2；

(1)硫化氢被硫酸铁氧化生成单质硫；

(2)过程Ⅱ是亚铁离子酸性条件下被氧气氧化生成铁离子；

(3)1.5≤PH＜1.9，当PH大于1.9时，Fe3+开始沉淀，导致Fe3+、Fe2+离子浓度均下降，降低反应速率，PH＜1.5时，TF菌活性较低；

Ⅱ．(4)①在催化剂的作用下，水蒸气将CH4氧化生成一氧化碳和水蒸气，图中反应的焓变△H=2582kJ/mol-2378kJ/mol=204kJ/mol，标注物质聚集状态和对应反应的焓变写出热化学方程式；

②图象中甲烷体积分数随压强增大而增大，据此分析；

Ⅳ．(5)①二氧化碳和碳酸钾溶液反应生成碳酸氢钾；

②碳酸氢根离子存在电离平衡、氢氧根离子和碳酸氢根离子反应生成碳酸根离子。

I．转化脱硫：将天然气压入吸收塔，30℃时，在T．F菌作用下，酸性环境中脱硫过程示意图如图2；

(1)硫化氢被硫酸铁氧化生成单质硫，过程i中H2S发生了氧化反应；

(2)过程Ⅱ是亚铁离子酸性条件下被氧气氧化生成铁离子，反应的离子方程式为：4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O；

(3)Fe3+在pH=l.9时开始沉淀，pH=3.2时沉淀完全，分析30℃时，在T．F菌作用下，不同pH的FeSO4溶液中Fe2+的氧化速率可知：工业脱硫应选择的最佳pH范围1.5≤PH＜1.9，当PH大于1.9时，Fe3+开始沉淀，导致Fe3+、Fe2+离子浓度均下降，降低反应速率，PH＜1.5时，TF菌活性较低，反应速率减慢；

Ⅱ．(4)①在催化剂的作用下，水蒸气将CH4氧化生成一氧化碳和水蒸气，图中反应的焓变△H=2582kJ/mol-2378kJ/mol=204kJ/mol，标注物质聚集状态和对应反应的焓变写出热化学方程式为：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+204kJ/mol；

②反应后气体物质的量增大，增大压强平衡逆向进行，图象中甲烷体积分数随压强增大而增大，据此分析，比较压强P1和P2的大小关系：P1＞P2；

Ⅳ．(5)①将CO2和H2分离得到H2的过程示意图分析得到：二氧化碳和碳酸钾溶液反应生成碳酸氢钾，反应的离子方程式为CO2+H2O+CO32-=2HCO3-；

②HCO3-存在电离平衡：HCO3-H++CO32-，阴极H+放电浓度减小平衡右移，CO32-再生，阴极反应：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，OH-+HCO3-=CO32-+H2O，使碳酸钾溶液得以再生。