Question

16．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N₂、CO（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）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol
②CO（g）+$\frac{1}{2}$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）+$\frac{1}{2}$O₂（g）△H=+35.7kJ/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）2•CO（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升温或减压（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．
（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△H＜0（填“＞““＜”或“=“）．
②欲提高上述反应中CO 的转化率，可采取的措施是ab．
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

分析 （1）N₂、CO、CO₂、H₂O中的电子数分别为14、14、22和10个；
（2）根据盖斯定律来分析；
（3）①吸收CO后的溶液经过适当处理又可以重新生成醋酸亚铜氨，平衡逆向进行，结合平衡移动原理分析；
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，图象方向可知时间越长CO回收率越高；
（4）①温度越高，该反应的平衡常数越小；
②a．适当降低反应体系的温度，平衡右移；    
b．及时移出体系中的CO₂，平衡右移；
c．加入合适的催化剂，平衡不移动；          
 d．减小容器的容积，平衡不移动；
e．增大Fe₂O₃的量，平衡不移动．

解答 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，故答案为：N₂、CO；
（2）已知反应①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol
②CO（g）+$\frac{1}{2}$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）+$\frac{1}{2}$O₂（g）△H=（-285.8kJ/mol）×2+（-283.0kJ/mol）-（-890.3kJ/mol）=+35.7KJ/mol，故答案为：+35.7；
（3）①CH₃COOCu（NH₃）₂ （aq）+CO（g）?CH₃COOCu（NH₃）₂•CO（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，故答案为：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，图象方向可知时间越长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．
故答案为：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，故答案为：＜；
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．

点评 本题考查了平衡的移动和盖斯定律的有关应用，综合性较强，难度适中，应注意的是催化剂只能加快反应速率，不能使平衡发生移动，故不能提高物质的转化率．