Question

氢气作为清洁能源有着广泛的应用前景，采用天然气制备氢气的流程如下。

请回答下列问题：

Ⅰ.蒸汽转化：在催化剂的作用下，水蒸气将CH₄氧化，结合图表信息回答问题。

(1)该过程的热化学方程式是__________。

(2)平衡混合物中CO的体积分数与压强的关系如图所示，判断T₁和T₂的大小关系：T₁_______T₂(填“>”“<”或“=”)，并说明理由__________。

(3)一定温度下，在1L恒容的密闭容器中充入1mol CH₄和1mol水蒸气充分反应达平衡后，测得反应前后容器中气体的物质的量之比是3:4，计算该条件下反应的平衡常数为______________。

Ⅱ.CO变换：500℃时，CO进一步与水反应生成CO₂和H₂。

Ⅲ.模拟H₂提纯工艺：将CO₂和H₂分离得到H₂的过程如下：

依据图示信息回答：

(4)吸收池中发生反应的离子方程式是_________。

(5)写出电解池中阳极发生的电极反应式________；结合化学用语说明K₂CO₃溶液再生的原因_________。

Answer

> 根据热化学方程式可知，升高温度，平衡正向移动， CO的体积分数增大；再对应图像，压强一定时，则T1>T2 0.75 阴极放电发生反应：产生的OH-与电解液中的碳酸氢根发生反应：，实现了K2CO3溶液的再生

【解析】

Ⅰ.(1)由图可知，反应为吸热反应，△H=2582kJ/mol-2378kJ/mol=+204kJ/mol，据此书写热化学方程式；

(2)根据压强和温度对化学平衡的影响分析；

(3)由三段式分析，计算该条件下反应的平衡常数；

Ⅲ. 由图可知，吸收池中二氧化碳与碳酸钾溶液的反应得到碳酸氢钾，据此书写离子方程式。

Ⅰ.(1) 由图可知，1mol甲烷、1mol水蒸气生成1molCO和3mol氢气吸收热量(2582−2378)kJ=204kJ，故热化学方程式为：，故答案为：；

(2)该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，所以相同压强下，温度越高，CO的体积分数越大，故T1>T2，故答案为：>；根据热化学方程式可知，升高温度，平衡正向移动， CO的体积分数增大，再对应图像，压强一定时，则T1>T2；

(3) 一定温度下，在1L恒容的密闭容器中充入1molCH4和1mol的水蒸气充分反应达平衡后，测得反应前后容器中气体的物质的量之比是3:4，设消耗甲烷物质的量x，据此计算：

，x=mol，则平衡时各物质的浓度分别为：c(CH4)=c(H2O)=mol/L，c(CO)=mol/L，c(H2)=1mol/L，则该反应的平衡常数K==0.75，故答案为：0.75；

Ⅲ.(4)由图可知，吸收池中氢气并未反应，二氧化碳被吸收进入惰性电极电解池,即吸收池中为二氧化碳与碳酸钾溶液的反应，离子方程式为：CO32-+CO2+H2O=2HCO3-，故答案为：CO32-+CO2+H2O=2HCO3-；

(5)HCO3−存在电离平衡：HCO3−⇌H++CO32−，阴极H+放电浓度减小平衡右移，CO32-再生，阴极反应：2H2O＋2e－=H2↑＋OH-，阳极反应：；HCO3-+OH-═CO32-+H2O，使碳酸钾溶液得以再生，故答案为：；阴极放电发生反应：产生的OH-与电解液中的碳酸氢根发生反应：，实现了K2CO3溶液的再生。