Question

【题目】某种半水煤气中主要含、CO、、和少量，经“脱硫”、转换反应可制得合成氨原料气。

（1）这种半水煤气跟空气按一定比例混合后通入、的混合溶液中完成“脱硫”，其转化过程如图所示，该过程中发生多个反应，总反应为，该转化过程中起催化作用的离子为____，写出该过程中属于非氧化还原反应的离子方程式___。

（2）脱硫后的半水煤气与水蒸气以1:15比例混合后通入转换塔中，变换反应为：。该反应用氧化铁作催化剂，其活性组分是四氧化三铁。研究发现，变换反应经下列两步完成：

第一步： （慢反应）

第二步： （快反应）

①在下图中绘制变换反应（经上述催化反应过程）的“能量～反应过程”示意图___。

②由于和CO还原性较强，能够将氧化铁直接还原成铁而使催化剂失活，但实际生产中一般不会发生这种情况，请从反应速率，化学平衡角度解释可能的反应过程原因是____。

（3）半水煤气处理后得到的混合气中，可通过在熔融碳酸盐中经电化学还原消除其中的二氧化碳，并得到高纯度的碳，写出生成碳的电极反应式为____。

Answer 1

【答案】、 第一步反应慢，第二步反应快，生成铁会快速转化为；生产中只要保持体系中有较高浓度水蒸气，铁就不能在体系大量存在

【解析】

（1）根据流程图可知，铜离子和亚铁离子参与了反应，又在反应最后重新生成，根据没有发生化合价改变的部分，写出非氧化还原方程式；

（2）①根据热化学方程式，画出能量相关图像；

②根据外界条件对反应速率和平衡状态的影响分析；

（3）根据电解质成分为熔融碳酸盐，推断出产物中有碳酸根，根据得失电子写出电极反应方程式。

（1）根据流程图，铜离子和亚铁离子参与了反应，又在反应最后重新生成，符合催化剂的性质，在流程图中发现铜离子的化合价没有发生改变，所以属于非氧化还原方程式为；

（2）①根据热化学方程式，由于第一个反应反应较慢，可以推测出该反应所需的活化能多，反应快的反应需要的活化能少，再根据焓变，画出图像为；

②根据热化学方程式的反应快慢，推测出反应过程中，生成四氧化三铁的速率快，只要满足生成四氧化三铁的水蒸气的量，就可以避免生成铁，从而防止使催化剂失活，因此原因是第一步反应慢，第二步反应快，生成铁会快速转化为，同时生产中只要保持体系中有较高浓度水蒸气，铁就不能在体系大量存在；

（3）根据电解质成分为熔融碳酸盐，同时得到高纯度的碳，判断是二氧化碳在正极得电子的反应，电极反应方程式为。