Question

【題目】氫氣作為清潔能源有著廣泛的應(yīng)用前景，含硫天然氣制備氫氣的流程如下。

請回答下列問題：

I．轉(zhuǎn)化脫硫：將天然氣壓入吸收塔，30℃時，在T．F菌作用下，酸性環(huán)境中脫硫過程示意圖如下。

(1)過程i中H2S發(fā)生了 ___（選填“氧化”或“還原”）反應(yīng)。

(2)過程ⅱ的離子方程式是____。

(3)已知：①Fe3+在pH=l.9時開始沉淀，pH=3.2時沉淀完全。

②30℃時，在T.F菌作用下，不同pH的FeS04溶液中Fe2+的氧化速率如下表。

請結(jié)合以上信息，判斷工業(yè)脫硫應(yīng)選擇的最佳pH范圍，并說明原因：____。

Ⅱ．蒸氣轉(zhuǎn)化：在催化劑的作用下，水蒸氣將CH4氧化。結(jié)合下圖回答問題。

(4)①該過程的熱化學(xué)方程式是____。

②比較壓強(qiáng)P1和p2的大小關(guān)系：p1 __ p2（選填“>”“<”或“=”）。

Ⅲ．CO變換：500℃時，CO進(jìn)一步與水反應(yīng)生成CO2和H2。

Ⅳ．H2提純：將CO2和H2分離得到H2的過程示意圖如下。

(5)①吸收池中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是 ___。

②結(jié)合電極反應(yīng)式，簡述K2CO3溶液的再生原理：____。

Answer 1

【答案】 氧化 4Fe2++O2+4H+ 4Fe3++2H2O 1.5≤pH<1.9；當(dāng)pH大于1.9時，F(xiàn)e3+開始沉淀，導(dǎo)致Fe3+和Fe2+濃度均下降，會降低反應(yīng)速率。當(dāng)pH小于1.5時，T.F菌活性較低，反應(yīng)速率減慢 CH4(g)+H2OCO(g)+3H2(g) △H=+204kJ/mol > CO2+H2O+CO32-=2HCO3- 極反應(yīng)：2H2O+2e-=H2+2OH-，OH-+HCO3-=CO32-+H2O，使K2CO3溶液得以再生。

【解析】（1）考察氧化還原的基本概念判斷。由圖可知，過程i中H2S變成了S，S元素由-2價變成0價，化合價升高發(fā)生了氧化反應(yīng)。

（2）考察陌生氧化還原離子方程式的書寫及配平方法，由圖可知過程ii是FeSO4和氧氣反應(yīng)生成Fe2(SO4)3，注意題干中說脫硫過程在酸性環(huán)境中。

（3）考察題目分析綜合能力，由①可知Fe3+在pH=1.9時開始沉淀會導(dǎo)致Fe3+濃度降低，則Fe2+和Fe3+濃度均會降低，速率降低。故pH應(yīng)該小于1.9。由圖②可知pH在1.5的時候Fe2+的氧化速率較快，故pH的取值范圍是1.5≤pH<1.9。

（4）①考察熱化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫和圖像問題，注意物質(zhì)的聚集狀態(tài)，故△H=+204kJ/mol。②考察平衡移動，其它條件不變，壓強(qiáng)越大，平衡逆向移動，則CH4的體積分?jǐn)?shù)增大，則p1>p2。

(5)①考察離子方程式的書寫。由圖示已知吸收池用的是K2CO3溶液，吸收CO2，則離子方程式為CO32-+CO2+H2O=2HCO3-。②考察電解池電極反應(yīng)方程。已知惰性電極電解池中的電解液是KHCO3，陰極水放電生成氫氣，陰極附近c(OH-)增大，氫氧根和碳酸氫根反應(yīng)生成碳酸根OH-+HCO-=CO2-+H2O，K+向陰極遷移，使K2CO3溶液得以再生(溶液電中性)。