Question

6．CO和H₂混合气体是一种清洁能源也是很好的化工原料，其制备方法和使用途径较多．

Ⅰ．利用天然气制备CO和H₂混合气，作为合成氨的原料，其主要反应如图1：
（1）反应Ⅰ的化学方程式是CH₄+H₂O=CO+3H₂．
（2）反应Ⅱ制得的混合气体中需要除去CO₂，工业上选用的是K₂CO₃（aq），其原因是K₂CO₃（aq）吸收二氧化碳生成碳酸氢钾，碳酸氢钾经处理后又生成碳酸钾和二氧化碳，可循环利用，工业上除去CO₂的反应在加压下进行，结合化学用语简述理由在反应CO₂+CO₃^2-+H₂O?2HCO₃^-中，增大压强，平衡正向移动，有利于二氧化碳的吸收．实验室除去反应Ⅱ后的混合气体中CO₂的装置示意图如图2，将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂．
（3）除去CO₂后，剩余H₂、N₂可以合成氨气：3H₂（g）+N₂（g）═2NH₃ （g）△H＜0．L（L₁、L₂），X可分别代表压强或温度．图3表示L一定时，合成氨的反应中H₂（g）的平衡转化率随X的变化关系．
①X代表的物理量是温度．
②判断L₁、L₂的大小关系，并简述理由：L₂＞L₁，反应3H₂（g）+N₂（g）═2NH₃（g）中，在x即温度一定时，增大压强，平衡正向移动，氢气的平衡转化率增大．

Answer 1

分析 （1）根据图1可知反应Ⅰ中反应物为甲烷和水，生成物为一氧化碳和氢气，根据元素守恒书写化学方程式；
（2）工业上选用K₂CO₃（aq）除去CO₂，K₂CO₃（aq）吸收二氧化碳生成碳酸氢钾，碳酸氢钾经处理后又生成碳酸钾和二氧化碳，可循环利用，工业上除去CO₂的反应在加压下进行，根据压强对平衡的影响分析，用K₂CO₃溶液吸收二氧化碳可用洗气装置；
（3）根据图3可知，随着x的增加，氢气的转化率减小，根据反应3H₂（g）+N₂（g）═2NH₃ （g）△H＜0，该反应为气体体积减小的放热反应，升高温度和减小压强都会使氢气的转化率减小，所以x代表温度，则L代表压强，据此答题．

解答 解：（1）根据图1可知反应Ⅰ中反应物为甲烷和水，生成物为一氧化碳和氢气，所以反应的化学方程式为CH₄+H₂O=CO+3H₂，
故答案为：CH₄+H₂O=CO+3H₂；
（2）工业上选用K₂CO₃（aq）除去CO₂，K₂CO₃（aq）吸收二氧化碳生成碳酸氢钾，碳酸氢钾经处理后又生成碳酸钾和二氧化碳，可循环利用，反应的离子方程式为CO₂+CO₃^2-+H₂O?2HCO₃^-，增大压强，平衡正向移动，有利于二氧化碳的吸收，用K₂CO₃溶液吸收二氧化碳可用洗气装置，装置图为，
故答案为：K₂CO₃（aq）吸收二氧化碳生成碳酸氢钾，碳酸氢钾经处理后又生成碳酸钾和二氧化碳，可循环利用；在反应CO₂+CO₃^2-+H₂O?2HCO₃^-中，增大压强，平衡正向移动，有利于二氧化碳的吸收；；
（3）根据图3可知，随着x的增加，氢气的转化率减小，根据反应3H₂（g）+N₂（g）═2NH₃ （g）△H＜0，该反应为气体体积减小的放热反应，升高温度和减小压强都会使氢气的转化率减小，所以x代表温度，则L代表压强，
①根据上面的分析可知，x代表温度，故答案为：温度；
②反应3H₂（g）+N₂（g）═2NH₃ （g）中，在x即温度一定时，增大压强，平衡正向移动，氢气的平衡转化率增大，所以L₂＞L₁，
故答案为：L₂＞L₁，反应3H₂（g）+N₂（g）═2NH₃ （g）中，在x即温度一定时，增大压强，平衡正向移动，氢气的平衡转化率增大．

点评 本题以制备CO和H₂混合气及合成氨为载体考查了实验基本操作及实验原理分析和化学平衡等知识点，综合性较强，题目难度中等，侧重于考查学生的分析能力，注意把握化学方程式的书写、化学平衡移动的分析．