Question

【题目】高炉煤气为炼铁过程中产生的副产品，主要成分为N2、CO、CO2、H2O等，其中可燃成分CO含量约占25%左右，CO2、N2的含量分别占15%、55%．回答下列问题：
（1）上述提及的气体分子中，电子数相等的两种气体是（写化学式）．
（2）高炉煤气中CO具有较高的利用价值，可以与H2合成甲烷，已知有关反应的热化学方程式如下： 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
则CO（g）+2H2（g）=CH4（g）+ O2（g）△H=kJ/mol．
（3）高炉煤气中N2的含量较高，利用CO前需要对CO 进行富集，实现CO和N2的分离． ①工业上常采用醋酸亚铜氨溶液来吸收CO，该反应的热化学方程式CH3COOCu（NH3）2（aq）+CO（g）═CH3COOCu（NH3）2CO（aq）△H＜0．吸收CO后的溶液经过适当处理可恢复为醋酸亚铜氨溶液，从而实现CO与吸收液的分离，分离过程可采取的措施有（写出一种即可）．
②到目前为止，CO吸附剂的开发大多数以亚铜为活性组分负载在各种载体上，然后采用变压吸附（PSA）方式在含N2体系中脱出CO．图是变压吸附回收高炉煤气中CO的流程图：

PSA﹣I吸附CO2时间对PSA﹣II中CO回收率的影响见下图，由此可见，为了保证载体亚铜吸附剂对CO的吸附和提纯要求，应采取的措施是 ， “放空气体”的主要成分为 ．

（4）高炉炼铁过程中发生的主要反应为Fe2O3（s）+3CO（g）═2Fe （s）+3CO2（g）．该反应在不同温度下的平衡常数如表所示：

温度/℃	1000	1115	1300
平衡常数	4.0	3.7	3.5

①该反应的△H0（填“＞”“＜”或“=”）．
②欲提高上述反应中CO 的转化率，可采取的措施是 ．
a．适当降低反应体系的温度
b．及时移出体系中的CO
c．加入合适的催化剂
d．减小容器的容积
e．增大Fe2O3的量．

Answer 1

【答案】
（1）N2、CO
（2）+35.7
（3）升温或减压；尽量在PSA﹣I中将CO2脱除（保证PSA﹣I吸附CO2的时间）；氮气
（4）＜；ab
【解析】解：（1）N2、CO、CO2、H2O中的电子数分别为14、14、22和10个，故氮气和CO为等电子体，所以答案是：N2、CO；（2）已知反应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
根据盖斯定律可知，将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，反应是气体体积减小的放热反应，故升高温度或减小压强均可以使平衡左移从而实现CO与吸收液的分离，所以答案是：升温或减压；
②CO吸附剂的开发大多数以铜（+1）为活性组分负载在各种载体上，然后采用变压吸附（PSA）方式在含N2体系中脱出CO，图像方向可知时间越长CO回收率越高，为了保证载铜吸附剂对CO的吸附和提纯要求，应采取的措施是尽量在PSA﹣I中将CO2 脱除（保证PSA﹣I吸附CO2的时间）；“放空气体”的主要成分为氮气．
所以答案是：尽量在PSA﹣I中将CO2 脱除（保证PSA﹣I吸附CO2的时间）；氮气；（4）①温度越高，该反应的平衡常数越小，故升高温度，平衡左移，则反应放热，即△H小于0，所以答案是：＜；
②a．适当降低反应体系的温度，平衡右移，则CO的平衡转化率提高，故a正确；
b．及时移出体系中的CO2 ， 平衡右移，则CO的平衡转化率提高，故b正确；
c．加入合适的催化剂，平衡不移动，CO的平衡转化率不变，故c错误；
d．由于此反应是个气体的物质的量不变的反应，故减小容器的容积，平衡不移动，CO的平衡转化率不变，故d错误；
e．由于氧化铁为固体，故增大Fe2O3的量，平衡不移动，则CO的平衡转化率不变，故e错误．
故选ab．
【考点精析】利用反应热和焓变和化学平衡状态本质及特征对题目进行判断即可得到答案，需要熟知在化学反应中放出或吸收的热量，通常叫反应热；化学平衡状态的特征：“等”即 V正=V逆>0；“动”即是动态平衡，平衡时反应仍在进行；“定”即反应混合物中各组分百分含量不变；“变”即条件改变，平衡被打破，并在新的条件下建立新的化学平衡；与途径无关，外界条件不变，可逆反应无论是从正反应开始，还是从逆反应开始，都可建立同一平衡状态（等效）．