Question

半水煤气是工业合成氨的原料气，其主要成分为H₂、CO、CO₂、N₂和H₂O(g)。半水煤气经过下列步骤转化为合成氨的原料。

  

（1)步骤I，CO变换反应的能量变化如下图所示：

①CO变换反应的热化学方程式是________________。

②一定条件下，向体积固定的密闭容器中充入aL半水煤气，发生CO变换反应。测得不同温度（T₁，T₂）氢气的体积分数ψ(H₂)与时间的关系如下所示。

i．T₁、T₂的大小关系及判断理由是______________。

ii．请在上图中画出：其他条件相同时，起始充入0.5aL半水煤气，T₂温度下氢气的体积分数ψ( H₂)随时间的变化曲线。______________

(2)步骤Ⅱ，用饱和Na₂CO₃溶液作吸收剂脱除CO₂时，初期无明显现象，后期有固体析出。

①溶液中离子浓度关系正确的是__________（选填字母）。

a．吸收前：c(Na⁺)>c(CO₃^2-)>c(OH^-)>c(HCO₃^-)

b．吸收初期：2c(CO₃^2-)+2 c(HCO₃^-)+2c(H₂CO₃)=c(Na⁺)

c．吸收全进程：c(Na⁺)+c( H⁺)=2c(CO₃^2-)+ c(HCO₃^-)+ c(OH^-)

②后期析出固体的成分及析出固体的原因是___________。

③当吸收剂失效时，请写出一种可使其再生的方法（用化学方程式表示）：____________。

Answer

CO(g)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H=-36kJ/mol T2>T1，相同条件下，温度越高反应速率越快，达到化学平衡状态的时间越短 ac 碳酸氢钠，碳酸氢钠的溶解度比碳酸钠的小，依据反应Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3，水的质量减小，溶质质量增大 2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O

【解析】（1）①根据图像可知，CO变换反应的热化学方程式是：CO(g)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H=-2034 kJ/mol +1998 kJ/mol =-36kJ/mol；

②i．根据图像可知，先拐先平得知T2>T1，即原因为：相同条件下，温度越高反应速率越快，达到化学平衡状态的时间越短；ii．该反应为气体体积不变的反应，根据等效平衡可知，T2温度下，其他条件相同时，起始充入0.5aL半水煤气，为原反应物的一半，平衡时氢气的体积分数不变，浓度为原来的一半，反应速率减小，所需时间更长，故图像为：；

（2）①a、吸收前为饱和Na2CO3溶液，是强碱弱酸盐，水解显碱性且二步水解，但水解是微弱的，故：c(Na+)>c(CO32-)>c(OH-)>c(HCO3-)，选项a正确；b、吸收前根据物料守恒有：2c(CO32-)+2 c(HCO3-)+2c(H2CO3)=c(Na+)，吸收初期碳原子增加，故：2c(CO32-)+2 c(HCO3-)+2c(H2CO3)>c(Na+)，选项b错误；c、吸收全进程的离子种类不变，根据电荷守恒都有：c(Na+)+c( H+)=2c(CO32-)+ c(HCO3-)+ c(OH-)，选项c正确，答案选ac。②后期析出固体的成分为碳酸氢钠，依据反应Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3，水的质量减小，溶质质量增大，而溶质碳酸氢钠的溶解度比碳酸钠的小，故析出碳酸氢钠晶体；③当吸收剂失效时，则全部转化为碳酸氢钠，将析出的晶体过滤后灼烧可得碳酸钠，其反应为：2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O。