Question

【題目】某種半水煤氣中主要含、CO、、和少量，經(jīng)“脫硫”、轉(zhuǎn)換反應(yīng)可制得合成氨原料氣。

（1）這種半水煤氣跟空氣按一定比例混合后通入、的混合溶液中完成“脫硫”，其轉(zhuǎn)化過程如圖所示，該過程中發(fā)生多個反應(yīng)，總反應(yīng)為，該轉(zhuǎn)化過程中起催化作用的離子為____，寫出該過程中屬于非氧化還原反應(yīng)的離子方程式___。

（2）脫硫后的半水煤氣與水蒸氣以1:15比例混合后通入轉(zhuǎn)換塔中，變換反應(yīng)為：。該反應(yīng)用氧化鐵作催化劑，其活性組分是四氧化三鐵。研究發(fā)現(xiàn)，變換反應(yīng)經(jīng)下列兩步完成：

第一步： （慢反應(yīng)）

第二步： （快反應(yīng)）

①在下圖中繪制變換反應(yīng)（經(jīng)上述催化反應(yīng)過程）的“能量～反應(yīng)過程”示意圖___。

②由于和CO還原性較強，能夠?qū)⒀趸�鐵直接還原成鐵而使催化劑失活，但實際生產(chǎn)中一般不會發(fā)生這種情況，請從反應(yīng)速率，化學平衡角度解釋可能的反應(yīng)過程原因是____。

（3）半水煤氣處理后得到的混合氣中，可通過在熔融碳酸鹽中經(jīng)電化學還原消除其中的二氧化碳，并得到高純度的碳，寫出生成碳的電極反應(yīng)式為____。

Answer 1

【答案】、 第一步反應(yīng)慢，第二步反應(yīng)快，生成鐵會快速轉(zhuǎn)化為；生產(chǎn)中只要保持體系中有較高濃度水蒸氣，鐵就不能在體系大量存在

【解析】

（1）根據(jù)流程圖可知，銅離子和亞鐵離子參與了反應(yīng)，又在反應(yīng)最后重新生成，根據(jù)沒有發(fā)生化合價改變的部分，寫出非氧化還原方程式；

（2）①根據(jù)熱化學方程式，畫出能量相關(guān)圖像；

②根據(jù)外界條件對反應(yīng)速率和平衡狀態(tài)的影響分析；

（3）根據(jù)電解質(zhì)成分為熔融碳酸鹽，推斷出產(chǎn)物中有碳酸根，根據(jù)得失電子寫出電極反應(yīng)方程式。

（1）根據(jù)流程圖，銅離子和亞鐵離子參與了反應(yīng)，又在反應(yīng)最后重新生成，符合催化劑的性質(zhì)，在流程圖中發(fā)現(xiàn)銅離子的化合價沒有發(fā)生改變，所以屬于非氧化還原方程式為；

（2）①根據(jù)熱化學方程式，由于第一個反應(yīng)反應(yīng)較慢，可以推測出該反應(yīng)所需的活化能多，反應(yīng)快的反應(yīng)需要的活化能少，再根據(jù)焓變，畫出圖像為；

②根據(jù)熱化學方程式的反應(yīng)快慢，推測出反應(yīng)過程中，生成四氧化三鐵的速率快，只要滿足生成四氧化三鐵的水蒸氣的量，就可以避免生成鐵，從而防止使催化劑失活，因此原因是第一步反應(yīng)慢，第二步反應(yīng)快，生成鐵會快速轉(zhuǎn)化為，同時生產(chǎn)中只要保持體系中有較高濃度水蒸氣，鐵就不能在體系大量存在；

（3）根據(jù)電解質(zhì)成分為熔融碳酸鹽，同時得到高純度的碳，判斷是二氧化碳在正極得電子的反應(yīng)，電極反應(yīng)方程式為。