Question

氢气作为清洁能源有着广泛的应用前景，含硫天然气制备氢气的流程如图。

请回答下列问题：

I.转化脱硫：将天然气压入吸收塔，30℃时，在T·F菌作用下，酸性环境中脱硫过程示意图如下。

（1）过程i的离子反应方程式为__。

（2）已知：

①Fe³⁺在pH=1.9时开始沉淀pH=3.2时沉淀完全。

②30℃时，在T·F菌作用下，不同pH的FeSO₄溶液中Fe²⁺的氧化速率如表。

下列说法正确的是___

A．在转化脱硫中，最佳的pH范围是1.5<pH<1.9

B．在转化脱硫中需要不断补充Fe₂(SO₄)₃

C．在转化脱硫中是O₂间接地把H₂S氧化为S

D．在转化脱硫中CH₄作为还原剂被氧化

Ⅱ.蒸气转化：在催化剂的作用下，水蒸气将CH₄氧化。结合如图回答问题。

（3）①该过程的热化学方程式是__。

②比较压强p₁和p₂的大小关系：p₁__p₂(选填“<”、“>”或“=”)。

Ⅲ.CO变换：500℃时，CO进一步与水反应生成CO₂和H₂。

Ⅳ.提纯：将CO₂和H₂分离得到H₂的过程示意图如图。

（4）吸收池中发生反应的离子方程式是__。

Answer

2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+ AC CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) △H=+204kJ/mol > CO2+H2O+CO32-=2HCO3-

【解析】

I．(1)硫化氢被硫酸铁氧化生成单质硫；

(2)从图分析可知：1.5≤pH＜1.9，当pH大于1.9时，Fe3+开始沉淀，导致Fe3+、Fe2+离子浓度均下降，降低反应速率，pH＜1.5时，T•F菌活性较低；Fe2(SO4)3在循环利用；整个反应的实质：O2间接地把H2S氧化为S及生产水；脱硫中CH4未参与反应；

Ⅱ．(3)①在催化剂的作用下，水蒸气将CH4氧化生成一氧化碳和水蒸气，图中反应的焓变△H=2582KJ/mol-2378KJ/mol=204KJ/mol，标注物质聚集状态和对应反应的焓变写出热化学方程式；

②图象中甲烷体积分数随压强增大增大，据此分析；

Ⅳ．(4)二氧化碳和碳酸钾溶液反应生成碳酸氢钾。

I． (1)硫化氢被硫酸铁氧化生成单质硫，过程i中H2S发生了氧化反应，离子方程式：2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+，故答案为：2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+；

(2) A. Fe3+在pH=l.9时开始沉淀，pH=3.2时沉淀完全，分析30℃时，在T．F菌作用下，不同pH的FeSO4溶液中Fe2+的氧化速率可知：工业脱硫应选择的最佳pH范围1.5≤PH＜1.9，当PH大于1.9时，Fe3+开始沉淀，导致Fe3+、Fe2+离子浓度均下降，降低反应速率，PH＜1.5时，T•F菌活性较低，反应速率减慢，A项正确；B. Fe2(SO4)3在循环利用，不需要补充Fe2(SO4)3，B项错误；C. 整个反应的实质：O2间接地把H2S氧化为S及生产水， C项正确；D. 脱硫中CH4未参与反应，D项错误；故答案选AC；

(3)①在催化剂的作用下，水蒸气将CH4氧化生成一氧化碳和水蒸气，图中反应的焓变△H=2582KJ/mol-2378KJ/mol=204KJ/mol，标注物质聚集状态和对应反应的焓变写出热化学方程式为：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+204KJ/mol，故答案为：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+204KJ/mol；

②反应前后气体物质的量增大，增大压强平衡逆向进行，图象中甲烷体积分数随压强增大而增大，据此分析，比较压强P1和P2的大小关系：P1＞P2，故答案为>；

Ⅳ．(4)①将CO2和H2分离得到H2的过程示意图分析得到：二氧化碳和碳酸钾溶液反应生成碳酸氢钾，反应的离子方程式为CO2+H2O+CO32-=2HCO3-，故答案为：CO2+H2O+CO32-=2HCO3-。