Question

【题目】高炉煤气为炼铁过程中产生的副产品，主要成分为N2、CO、CO2、H2O等，其中可燃成分CO含量约占25％左右，CO2、N2的含量分别占15%、55%。回答下列问题：

（1）上述提及的气体分子中，电子数相等的两种气体是________（写化学式）。

（2）高炉煤气中CO具有较高的利用价值，可以与H2合成甲烷，已知有关反应的热化学方程式如下：

① H2(g)＋O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJ/mol

② CO(g)＋O2(g)=CO2(g) △H=-283.0kJ/mol

③CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-890.3kJ/mol

则CO(g)+2H2(g)=CH4(g)+ O2(g) △H=_________kJ/mol。

（3）高炉煤气中N2的含量较高，利用CO前需要对CO 进行富集，实现CO和N2的分离。

① 工业上常采用醋酸亚铜氨溶液来吸收CO，该反应的热化学方程式为

CH3COOCu(NH3)2(aq)+CO(g)=CH3COOCu(NH3)2·CO(aq) △H＜0。吸收CO后的溶液经过适当处理可恢复为醋酸亚铜氨溶液，从而实现CO与吸收液的分离，分离过程可采取的措施有______________（写出一种即可）。

②到目前为止，CO吸附剂的开发大多数以亚铜为活性组分负载在各种载体上，然后采用变压吸附（PSA）方式在含N2体系中脱出CO。下图是变压吸附回收高炉煤气中CO的流程图：

PSA-I吸附CO2时间对PSA-II中CO回收率的影响见下图，由此可见，为了保证载体亚铜吸附剂对CO的吸附和提纯要求，应采取的措施是________， “放空气体”的主要成分为_______。

（4）高炉炼铁过程中发生的主要反应为Fe2O3(s)+ 3 CO(g)===2Fe (s)+3CO2(g)。该反应在不同温度下的平衡常数如下表所示：

① 该反应的△H______0（填“> " " < ”或“= " ）。

② 欲提高上述反应中CO 的转化率，可采取的措施是______。

a．适当降低反应体系的温度 b．及时移出体系中的CO2 c．加入合适的催化剂

d．减小容器的容积 e．增大Fe2O3的量

Answer 1

【答案】 N2、CO +35.7 ①升温、减压 延长PSA -I吸附CO2时间 N2 < ab

【解析】试题分析：（1）N2、CO、CO2、H2O的电子数分别是14、14、22、10；(2)根据盖斯定律计算CO(g)+2H2(g)=CH4(g)+ O2(g) 的△H；（3）①根据平衡移动原理分析；②根据图示，PSA -I吸附CO2时间越长，吸附剂对CO的吸附效率越大；高炉煤气主要成分为N2、CO、CO2、H2O等，PSA-I吸附CO2、H2O，PSA-II吸附CO；（4）①升高温度，平衡常数减小，平衡逆向移动；②平衡正向移动，可以提高CO 的转化率；

解析：（1）N2、CO、CO2、H2O中N2、CO的电子数相等；

(2)① H2(g)＋O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJ/mol

② CO(g)＋O2(g)=CO2(g) △H=-283.0kJ/mol

③CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-890.3kJ/mol

根据盖斯定律，①② ③ 得CO(g)+2H2(g)=CH4(g)+ O2(g) △H=+35.7 kJ/mol；（3）①CH3COOCu(NH3)2(aq)+CO(g)=CH3COOCu(NH3)2·CO(aq) △H＜0，要分离CO可使平衡逆向移动，如升温、减压等；②根据图示，PSA -I吸附CO2时间越长，吸附剂对CO的吸附效率越大，所以应采取的措施是延长PSA -I吸附CO2时间；高炉煤气主要成分为N2、CO、CO2、H2O等，PSA-I吸附CO2、H2O，PSA-II吸附CO，所以“放空气体”的主要成分为N2；（4）①升高温度，平衡常数减小，平衡逆向移动，所以正反应放热，△H<0；②a．适当降低反应体系的温度，平衡正向移动，CO 的转化率增大； b．及时移出体系中的CO2，平衡正向移动，CO 的转化率增大； c．加入合适的催化剂，平衡不移动，CO 的转化率不变，故c错误；d．减小容器的容积，平衡不移动，CO 的转化率不变，故d错误； e．Fe2O3是固体，增大Fe2O3的量，平衡不移动，CO 的转化率不变，故e错误。