Question

10．高炉气中含有的气体主要有N₂、CO、CO₂等．在含有大量N₂的高炉气体系中，富集CO的技术关键在于要有对CO选择性好的吸附材料，从而实现CO和N₂的分离．
（1）由CO可以直接合成许多C₁化工产品，如生产甲醇．已知：
2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1453kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
又知CO（g）燃烧热△H=-283kJ•mol^-1，则CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=-128.1kJ•mol^-1．
（2）工业上常采用醋酸亚铜氨溶液来吸收CO，该反应的化学方程式如下：
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又可以重新生成醋酸亚铜氨，可采取的措施有ad．
a．适当升高温度     b．适当降低温度     c．增大压强      d．减小压强
（3）到目前为止，CO吸附剂的开发大多数以铜（+1）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气中CO的流程图．

①PSA-I吸附CO₂时间对PSA-II中CO回收率的影响见图，由此可见，为了保证载铜吸附剂对CO的吸附和提纯要求，应采取的措施是尽量在PSA-I中将CO₂脱除（保证PSA-I吸附CO₂的时间）．

②从PSA-II中富集得到的CO有广泛的用途，除生产甲醇外，列举其中一种用途作燃料．
③检验放空气体中是否含有CO的实验操作是：将该气体通入氯化钯（PdCl₂）溶液中，观察是否有黑色的单质钯生成，写出对应的化学方程式CO+PdCl₂+H₂O═Pd↓+2HCl+CO₂．
（4）已知：K_sp（CaCO₃）=a，K_sp[Ca（OH）₂]=b，将少量CO₂气体通入石灰乳中充分反应，达到平衡后，测得溶液c（OH^-）=c mol•L^-1，则c（CO₃^2-）=$\frac{a{c}^{2}}{b}$mol•L^-1（用含a、b、c的代数式表示）．

Answer 1

分析 （1）CO（g）燃烧热△H=-283kJ•mol^-1，依据燃烧热概念书写热化学方程式，结合2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1453kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1，和盖斯定律计算得到CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）反应的热化学方程式；
（2）吸收CO后的溶液经过适当处理又可以重新生成醋酸亚铜氨，平衡逆向进行，结合平衡移动原理分析选项；
（3）①CO吸附剂的开发大多数以铜（+1）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，图象方向可知时间越长CO回收率越高；
②一氧化碳是可燃性气体燃烧过程中放热；
③为了检测CO对空气的污染情况，常需用到氯化钯（PdCl₂）溶液．将CO气体通入氯化钯（PdCl₂）溶液中（水也参与反应），能产生黑色金属钯、CO₂和一种酸．请写出该反应的化学反应方程式；
（4）将少量CO₂气体通入石灰乳中充分反应，达到平衡后发生的反应为：Ca²⁺+CO₃^2-?CaCO₃+2OH^-，平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{{c}^{2}（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（C{a}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（Ca（OH）_{2}）}{Ksp（CaC{O}_{3}）}$，据此计算碳酸根离子浓度．

解答 解：（1）CO（g）燃烧热△H=-283kJ•mol^-1，
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283kJ•mol^-1，①
2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1453kJ•mol^-1  ②
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1③
（①×2+③×2-②）得到CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=-128.1KJ/mol，
故答案为：-128.1；
（2）CH₃COOCu（NH₃）₂ （aq）+CO（g）?CH₃COOCu（NH₃）₂•CO（aq）△H＜0，反应是气体体积减小的放热反应，
a．适当升高温度平衡向吸热反应分析进行，则升温平衡逆向进行，可以重新生成醋酸亚铜氨，故a正确；     
b．适当降低温度平衡向放热反应方向进行，不能重新生成醋酸亚铜氨，故b错误；   
c．增大压强平衡向气体体积减小的方向进行，不能重新生成醋酸亚铜氨，故c错误；      
d．减小压强平衡向气体体积增大的方向进行，可以重新生成醋酸亚铜氨，故d正确；
故答案为：ad；
（3）①CO吸附剂的开发大多数以铜（+1）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，图象方向可知时间越长CO回收率越高，为了保证载铜吸附剂对CO的吸附和提纯要求，应采取的措施是尽量在PSA-I中将CO₂ 脱除（保证PSA-I吸附CO₂的时间），
故答案为：尽量在PSA-I中将CO₂ 脱除（保证PSA-I吸附CO₂的时间）；
②一氧化碳是可燃性气体燃烧过程中放热，可以作为燃料，
故答案为：作燃料；
③CO气体通入氯化钯（PdCl₂）溶液中（水也参与反应），能产生黑色金属钯、CO₂和一种酸，由质量守恒定律，该酸为盐酸，反应的俄化学方程式为：CO+PdCl₂+H₂O═Pd+CO₂+2HCl，
故答案为：CO+PdCl₂+H₂O═Pd↓+2HCl+CO₂；
（4）将少量CO₂气体通入石灰乳中充分反应，达到平衡后发生的反应为：Ca²⁺+CO₃^2-?CaCO₃+2OH^-，平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{{c}^{2}（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（C{a}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（Ca（OH）_{2}）}{Ksp（CaC{O}_{3}）}$，达到平衡后，测得溶液c（OH^-）=c mol•L^-1，则c（CO₃^2-）=$\frac{a{c}^{2}}{b}$mol/L，
故答案为：$\frac{a{c}^{2}}{b}$．

点评 本题考查了反应能量变化、热化学方程式书写、化学平衡影响因素、图象的理解应用、溶度积常数的计算等知识点，掌握基础是解题关键，题目难度中等．