Question

6．CO和H₂混合氣體是一種清潔能源也是很好的化工原料，其制備方法和使用途徑較多．

Ⅰ．利用天然氣制備CO和H₂混合氣，作為合成氨的原料，其主要反應(yīng)如圖1：
（1）反應(yīng)Ⅰ的化學(xué)方程式是CH₄+H₂O=CO+3H₂．
（2）反應(yīng)Ⅱ制得的混合氣體中需要除去CO₂，工業(yè)上選用的是K₂CO₃（aq），其原因是K₂CO₃（aq）吸收二氧化碳生成碳酸氫鉀，碳酸氫鉀經(jīng)處理后又生成碳酸鉀和二氧化碳，可循環(huán)利用，工業(yè)上除去CO₂的反應(yīng)在加壓下進(jìn)行，結(jié)合化學(xué)用語(yǔ)簡(jiǎn)述理由在反應(yīng)CO₂+CO₃^2-+H₂O?2HCO₃^-中，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，有利于二氧化碳的吸收．實(shí)驗(yàn)室除去反應(yīng)Ⅱ后的混合氣體中CO₂的裝置示意圖如圖2，將虛線框中的裝置補(bǔ)充完整并標(biāo)出所用試劑．
（3）除去CO₂后，剩余H₂、N₂可以合成氨氣：3H₂（g）+N₂（g）═2NH₃ （g）△H＜0．L（L₁、L₂），X可分別代表壓強(qiáng)或溫度．圖3表示L一定時(shí)，合成氨的反應(yīng)中H₂（g）的平衡轉(zhuǎn)化率隨X的變化關(guān)系．
①X代表的物理量是溫度．
②判斷L₁、L₂的大小關(guān)系，并簡(jiǎn)述理由：L₂＞L₁，反應(yīng)3H₂（g）+N₂（g）═2NH₃（g）中，在x即溫度一定時(shí)，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，氫氣的平衡轉(zhuǎn)化率增大．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖1可知反應(yīng)Ⅰ中反應(yīng)物為甲烷和水，生成物為一氧化碳和氫氣，根據(jù)元素守恒書寫化學(xué)方程式；
（2）工業(yè)上選用K₂CO₃（aq）除去CO₂，K₂CO₃（aq）吸收二氧化碳生成碳酸氫鉀，碳酸氫鉀經(jīng)處理后又生成碳酸鉀和二氧化碳，可循環(huán)利用，工業(yè)上除去CO₂的反應(yīng)在加壓下進(jìn)行，根據(jù)壓強(qiáng)對(duì)平衡的影響分析，用K₂CO₃溶液吸收二氧化碳可用洗氣裝置；
（3）根據(jù)圖3可知，隨著x的增加，氫氣的轉(zhuǎn)化率減小，根據(jù)反應(yīng)3H₂（g）+N₂（g）═2NH₃ （g）△H＜0，該反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，升高溫度和減小壓強(qiáng)都會(huì)使氫氣的轉(zhuǎn)化率減小，所以x代表溫度，則L代表壓強(qiáng)，據(jù)此答題．

解答 解：（1）根據(jù)圖1可知反應(yīng)Ⅰ中反應(yīng)物為甲烷和水，生成物為一氧化碳和氫氣，所以反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH₄+H₂O=CO+3H₂，
故答案為：CH₄+H₂O=CO+3H₂；
（2）工業(yè)上選用K₂CO₃（aq）除去CO₂，K₂CO₃（aq）吸收二氧化碳生成碳酸氫鉀，碳酸氫鉀經(jīng)處理后又生成碳酸鉀和二氧化碳，可循環(huán)利用，反應(yīng)的離子方程式為CO₂+CO₃^2-+H₂O?2HCO₃^-，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，有利于二氧化碳的吸收，用K₂CO₃溶液吸收二氧化碳可用洗氣裝置，裝置圖為，
故答案為：K₂CO₃（aq）吸收二氧化碳生成碳酸氫鉀，碳酸氫鉀經(jīng)處理后又生成碳酸鉀和二氧化碳，可循環(huán)利用；在反應(yīng)CO₂+CO₃^2-+H₂O?2HCO₃^-中，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，有利于二氧化碳的吸收；；
（3）根據(jù)圖3可知，隨著x的增加，氫氣的轉(zhuǎn)化率減小，根據(jù)反應(yīng)3H₂（g）+N₂（g）═2NH₃ （g）△H＜0，該反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，升高溫度和減小壓強(qiáng)都會(huì)使氫氣的轉(zhuǎn)化率減小，所以x代表溫度，則L代表壓強(qiáng)，
①根據(jù)上面的分析可知，x代表溫度，故答案為：溫度；
②反應(yīng)3H₂（g）+N₂（g）═2NH₃ （g）中，在x即溫度一定時(shí)，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，氫氣的平衡轉(zhuǎn)化率增大，所以L₂＞L₁，
故答案為：L₂＞L₁，反應(yīng)3H₂（g）+N₂（g）═2NH₃ （g）中，在x即溫度一定時(shí)，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，氫氣的平衡轉(zhuǎn)化率增大．

點(diǎn)評(píng) 本題以制備CO和H₂混合氣及合成氨為載體考查了實(shí)驗(yàn)基本操作及實(shí)驗(yàn)原理分析和化學(xué)平衡等知識(shí)點(diǎn)，綜合性較強(qiáng)，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力，注意把握化學(xué)方程式的書寫、化學(xué)平衡移動(dòng)的分析．