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下。

(1)过程i中H2S发生了 ___（选填“氧化”或“还原”）反应。

(2)过程ⅱ的离子方程式是____。

(3)已知：①Fe3+在pH=l.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FeS04溶液中Fe2+的氧化速率如下表。

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。结合下图回答问题。

(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的过程示意图如下。

(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Fe3+和Fe2+浓度均下降，会降低反应速率。当pH小于1.5时，T.F菌活性较低，反应速率减慢 CH4(g)+H2OCO(g)+3H2(g) △H=+204kJ/mol > CO2+H2O+CO32-=2HCO3- 极反应：2H2O+2e-=H2+2OH-，OH-+HCO3-=CO32-+H2O，使K2CO3溶液得以再生。

【解析】（1）考察氧化还原的基本概念判断。由图可知，过程i中H2S变成了S，S元素由-2价变成0价，化合价升高发生了氧化反应。

（2）考察陌生氧化还原离子方程式的书写及配平方法，由图可知过程ii是FeSO4和氧气反应生成Fe2(SO4)3，注意题干中说脱硫过程在酸性环境中。

（3）考察题目分析综合能力，由①可知Fe3+在pH=1.9时开始沉淀会导致Fe3+浓度降低，则Fe2+和Fe3+浓度均会降低，速率降低。故pH应该小于1.9。由图②可知pH在1.5的时候Fe2+的氧化速率较快，故pH的取值范围是1.5≤pH<1.9。

（4）①考察热化学反应方程式的书写和图像问题，注意物质的聚集状态，故△H=+204kJ/mol。②考察平衡移动，其它条件不变，压强越大，平衡逆向移动，则CH4的体积分数增大，则p1>p2。

(5)①考察离子方程式的书写。由图示已知吸收池用的是K2CO3溶液，吸收CO2，则离子方程式为CO32-+CO2+H2O=2HCO3-。②考察电解池电极反应方程。已知惰性电极电解池中的电解液是KHCO3，阴极水放电生成氢气，阴极附近c(OH-)增大，氢氧根和碳酸氢根反应生成碳酸根OH-+HCO-=CO2-+H2O，K+向阴极迁移，使K2CO3溶液得以再生(溶液电中性)。