Question

【題目】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 ．
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(guò)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(guò)程： ．
（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： ．
（3）2016年我國(guó)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 ．
②膜Ⅰ側(cè)發(fā)生的電極反應(yīng)式是 ．
③膜Ⅰ側(cè)所得氣體 =3，CH4、H2O、O2反應(yīng)的化學(xué)方程式是 ．

Answer 1

【答案】
（1）ac；NH3+H2O+CO2=NH4HCO3、NH4HCO3 NH3↑+H2O+CO2↑
（2）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）CH4；H2O+2e-=H2+O2﹣、O2+4e-=2O2﹣；14CH4+12H2O+O2=14CO+4OH2 ．
【解析】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(dòng)，不能提高轉(zhuǎn)化率，故錯(cuò)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； 所以答案是：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(guò)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(guò)程吸收：NH3+H2O+CO2=NH4HCO3、NH4HCO3 NH3↑+H2O+CO2↑，所以答案是：NH3+H2O+CO2=NH4HCO3、NH4HCO3 NH3↑+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(dòng)，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，所以答案是：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 ， 所以答案是：CH4；②膜Ⅰ側(cè)發(fā)生的電極反應(yīng)式是H2O+2e﹣=H2+O2﹣、O2+4e﹣=2O2﹣ ， 所以答案是：H2O+2e﹣=H2+O2﹣、O2+4e﹣=2O2﹣；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 =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+12O2﹣、O2+4e﹣=2O2﹣ ， 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+4OH2 ， 所以答案是：14CH4+12H2O+O2=14CO+4OH2 ．
【考點(diǎn)精析】認(rèn)真審題，首先需要了解化學(xué)平衡狀態(tài)本質(zhì)及特征(化學(xué)平衡狀態(tài)的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動(dòng)”即是動(dòng)態(tài)平衡，平衡時(shí)反應(yīng)仍在進(jìn)行；“定”即反應(yīng)混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學(xué)平衡；與途徑無(wú)關(guān)，外界條件不變，可逆反應(yīng)無(wú)論是從正反應(yīng)開(kāi)始，還是從逆反應(yīng)開(kāi)始，都可建立同一平衡狀態(tài)（等效）)．