Question

14．工業(yè)上由N₂、H₂合成NH₃．制備H₂需經(jīng)多步完成，其中“水煤氣（CO、H₂）變換”是純化H₂的關(guān)鍵一步．
（1）水煤氣變換：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），平衡常數(shù)K隨溫度變化如表：

溫度/℃	200	300	400
K	290	39	11.7

①下列分析正確的是ac．
a．水煤氣變換反應(yīng)的△H＜0
b．增大壓強(qiáng)，可以提高CO的平衡轉(zhuǎn)化率
c．增大水蒸氣濃度，可以同時(shí)增大CO的平衡轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率
②以氨水為吸收劑脫除CO₂．當(dāng)其失去吸收能力時(shí)，通過加熱使吸收劑再生．用化學(xué)方程式表示“吸收”、“再生”兩個(gè)過程：NH₃+H₂O+CO₂=NH₄HCO₃、NH₄HCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH_3^↑+H₂O+CO₂↑．
（2）Fe₃O₄是水煤氣變換反應(yīng)的常用催化劑，經(jīng)CO、H₂還原Fe₂O₃制備．兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表：

	實(shí)驗(yàn)Ⅰ	實(shí)驗(yàn)Ⅱ
通入氣體	CO、H2	CO、H2、H2O（g）
固體產(chǎn)物	Fe3O4、Fe	Fe3O4

結(jié)合化學(xué)方程式解釋H₂O（g）的作用：Fe₃O₄（s）+4H₂（g）?3Fe（s）+4H₂O（g），加入H₂O（g）后抑制Fe₃O₄被H₂進(jìn)一步還原．
（3）2016年我國某科研團(tuán)隊(duì)利用透氧膜，一步即獲得N₂、H₂，工作原理如圖所示．（空氣中N₂與O₂的物質(zhì)的量之比按4：1計(jì)）

①起還原作用的物質(zhì)是CH₄．
②膜Ⅰ側(cè)發(fā)生的電極反應(yīng)式是H₂O+2e^-=H₂+O^2-、O₂+4e^-=2O^2-．
③膜Ⅰ側(cè)所得氣體$\frac{n（{H}_{2}）}{n（{N}_{2}）}$=3，CH₄、H₂O、O₂反應(yīng)的化學(xué)方程式是14CH₄+12H₂O+O₂=14CO+40H₂．

Answer 1

分析 （1）①a．由表格數(shù)據(jù)可知，溫度越高，K越小，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
b．該反應(yīng)為氣體體積不變的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡不移動；
c．增大水蒸氣濃度，反應(yīng)速率增大，促進(jìn)CO的轉(zhuǎn)化；
②以氨水為吸收劑脫除CO₂，反應(yīng)生成碳酸氫銨，加熱時(shí)分解生成二氧化碳；
（2）發(fā)生Fe₃O₄（s）+4H₂（g）?3Fe（s）+4H₂O（g），增大生成物濃度，平衡逆向移動；
（3）由圖可知，C失去電子生成CO，膜Ⅰ側(cè)氧氣、水得到電子，結(jié)合電極反應(yīng)來解答．

解答 解：（1）①a．由表格數(shù)據(jù)可知，溫度越高，K越小，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則△H＜0，故正確；
b．該反應(yīng)為氣體體積不變的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡不移動，不能提高轉(zhuǎn)化率，故錯誤；
c．增大水蒸氣濃度，反應(yīng)速率增大，促進(jìn)CO的轉(zhuǎn)化，則可以同時(shí)增大CO的平衡轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率，故正確；
故答案為：a c；
②以氨水為吸收劑脫除CO₂．當(dāng)其失去吸收能力時(shí)，通過加熱使吸收劑再生．用化學(xué)方程式表示“吸收”、“再生”兩個(gè)過程吸收：NH₃+H₂O+CO₂=NH₄HCO₃、NH₄HCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH_3^↑+H₂O+CO₂↑，
故答案為：NH₃+H₂O+CO₂=NH₄HCO₃、NH₄HCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH_3^↑+H₂O+CO₂↑；
（2）發(fā)生Fe₃O₄（s）+4H₂（g）?3Fe（s）+4H₂O（g），增大生成物濃度，平衡逆向移動，則H₂O（g）的作用為Fe₃O₄（s）+4H₂（g）?3Fe（s）+4H₂O（g），加入H₂O（g）后抑制Fe₃O₄被H₂進(jìn)一步還原，
故答案為：Fe₃O₄（s）+4H₂（g）?3Fe（s）+4H₂O（g），加入H₂O（g）后抑制Fe₃O₄被H₂進(jìn)一步還原；
（3）①C失去電子，則起還原作用的物質(zhì)是CH₄，故答案為：CH₄；
②膜Ⅰ側(cè)發(fā)生的電極反應(yīng)式是H₂O+2e^-=H₂+O^2-、O₂+4e^-=2O^2-，故答案為：H₂O+2e^-=H₂+O^2-、O₂+4e^-=2O^2-；
③空氣中N₂與O₂的物質(zhì)的量之比為4：1，膜Ⅰ側(cè)所得氣體$\frac{n（{H}_{2}）}{n（{N}_{2}）}$=3，氮?dú)庠诜磻?yīng)前后不變，設(shè)氮?dú)鉃?mol，則生成氫氣為12mol，由膜I側(cè)反應(yīng)可知12molH₂O得到電子、1molO₂得到電子，膜I上發(fā)生12H₂O+24e^-=12H₂+12O^2-、O₂+4e^-=2O^2-，膜II上14molCH₄中C失去84mol電子、H得到56mol電子時(shí)，總反應(yīng)遵循電子守恒，則反應(yīng)為14CH₄+12H₂O+O₂=14CO+40H₂，故答案為：14CH₄+12H₂O+O₂=14CO+40H₂．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡及原電池，為高頻考點(diǎn)，把握表格數(shù)據(jù)、圖象分析、平衡移動原理及電極反應(yīng)為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，注意信息的應(yīng)用，題目難度較大．