Question

6．CO和H₂混合氣體是一種清潔能源也是很好的化工原料，其制備方法和使用途徑較多．

Ⅰ．利用天然氣制備CO和H₂混合氣，作為合成氨的原料，其主要反應如圖1：
（1）反應Ⅰ的化學方程式是CH₄+H₂O=CO+3H₂．
（2）反應Ⅱ制得的混合氣體中需要除去CO₂，工業(yè)上選用的是K₂CO₃（aq），其原因是K₂CO₃（aq）吸收二氧化碳生成碳酸氫鉀，碳酸氫鉀經(jīng)處理后又生成碳酸鉀和二氧化碳，可循環(huán)利用，工業(yè)上除去CO₂的反應在加壓下進行，結合化學用語簡述理由在反應CO₂+CO₃^2-+H₂O?2HCO₃^-中，增大壓強，平衡正向移動，有利于二氧化碳的吸收．實驗室除去反應Ⅱ后的混合氣體中CO₂的裝置示意圖如圖2，將虛線框中的裝置補充完整并標出所用試劑．
（3）除去CO₂后，剩余H₂、N₂可以合成氨氣：3H₂（g）+N₂（g）═2NH₃ （g）△H＜0．L（L₁、L₂），X可分別代表壓強或溫度．圖3表示L一定時，合成氨的反應中H₂（g）的平衡轉化率隨X的變化關系．
①X代表的物理量是溫度．
②判斷L₁、L₂的大小關系，并簡述理由：L₂＞L₁，反應3H₂（g）+N₂（g）═2NH₃（g）中，在x即溫度一定時，增大壓強，平衡正向移動，氫氣的平衡轉化率增大．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖1可知反應Ⅰ中反應物為甲烷和水，生成物為一氧化碳和氫氣，根據(jù)元素守恒書寫化學方程式；
（2）工業(yè)上選用K₂CO₃（aq）除去CO₂，K₂CO₃（aq）吸收二氧化碳生成碳酸氫鉀，碳酸氫鉀經(jīng)處理后又生成碳酸鉀和二氧化碳，可循環(huán)利用，工業(yè)上除去CO₂的反應在加壓下進行，根據(jù)壓強對平衡的影響分析，用K₂CO₃溶液吸收二氧化碳可用洗氣裝置；
（3）根據(jù)圖3可知，隨著x的增加，氫氣的轉化率減小，根據(jù)反應3H₂（g）+N₂（g）═2NH₃ （g）△H＜0，該反應為氣體體積減小的放熱反應，升高溫度和減小壓強都會使氫氣的轉化率減小，所以x代表溫度，則L代表壓強，據(jù)此答題．

解答 解：（1）根據(jù)圖1可知反應Ⅰ中反應物為甲烷和水，生成物為一氧化碳和氫氣，所以反應的化學方程式為CH₄+H₂O=CO+3H₂，
故答案為：CH₄+H₂O=CO+3H₂；
（2）工業(yè)上選用K₂CO₃（aq）除去CO₂，K₂CO₃（aq）吸收二氧化碳生成碳酸氫鉀，碳酸氫鉀經(jīng)處理后又生成碳酸鉀和二氧化碳，可循環(huán)利用，反應的離子方程式為CO₂+CO₃^2-+H₂O?2HCO₃^-，增大壓強，平衡正向移動，有利于二氧化碳的吸收，用K₂CO₃溶液吸收二氧化碳可用洗氣裝置，裝置圖為，
故答案為：K₂CO₃（aq）吸收二氧化碳生成碳酸氫鉀，碳酸氫鉀經(jīng)處理后又生成碳酸鉀和二氧化碳，可循環(huán)利用；在反應CO₂+CO₃^2-+H₂O?2HCO₃^-中，增大壓強，平衡正向移動，有利于二氧化碳的吸收；；
（3）根據(jù)圖3可知，隨著x的增加，氫氣的轉化率減小，根據(jù)反應3H₂（g）+N₂（g）═2NH₃ （g）△H＜0，該反應為氣體體積減小的放熱反應，升高溫度和減小壓強都會使氫氣的轉化率減小，所以x代表溫度，則L代表壓強，
①根據(jù)上面的分析可知，x代表溫度，故答案為：溫度；
②反應3H₂（g）+N₂（g）═2NH₃ （g）中，在x即溫度一定時，增大壓強，平衡正向移動，氫氣的平衡轉化率增大，所以L₂＞L₁，
故答案為：L₂＞L₁，反應3H₂（g）+N₂（g）═2NH₃ （g）中，在x即溫度一定時，增大壓強，平衡正向移動，氫氣的平衡轉化率增大．

點評 本題以制備CO和H₂混合氣及合成氨為載體考查了實驗基本操作及實驗原理分析和化學平衡等知識點，綜合性較強，題目難度中等，側重于考查學生的分析能力，注意把握化學方程式的書寫、化學平衡移動的分析．