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圖所示。

（1）過程i中H2S發(fā)生了___（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＝1.9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FeSO4溶液中Fe2+的氧化速率如下表。

pH	0.9	1.2	1.5	1.8	2.1	2.4	2.7	3.0
Fe2+氧化速率/（g·L－1·h－1）	4.5	5.3	6.2	6.8	7.0	6.6	6.2	5.6

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)合如圖回答問題。

（4）①該過程的熱化學(xué)方程式是___。

②比較壓強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的過程示意圖如圖。

（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，Fe3+開始沉淀，導(dǎo)致Fe2+和Fe3+濃度均下降，會降低反應(yīng)速率。pH小于1.5時，T.F菌活性較低，反應(yīng)速率減慢 CH4（g）+H2O（g）＝CO（g）+3H2（g） △H＝+204kJmol－1 ＞ CO2+H2O+CO32－＝2HCO3－ 陰極反應(yīng)：2H2O+2e＝H2↑+2OH－，OH－+HCO3－＝CO32－+H2O；陽極反應(yīng)：4H2O－4e＝O2↑+4H+，H++HCO3－＝CO2+H2O，陽極區(qū)多余的K+經(jīng)陽離子交換膜進(jìn)入陰極區(qū)，使K2CO3溶液得以再生

【解析】

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圖2；

(1)硫化氫被硫酸鐵氧化生成單質(zhì)硫；

(2)過程Ⅱ是亞鐵離子酸性條件下被氧氣氧化生成鐵離子；

(3)1.5≤PH＜1.9，當(dāng)PH大于1.9時，Fe3+開始沉淀，導(dǎo)致Fe3+、Fe2+離子濃度均下降，降低反應(yīng)速率，PH＜1.5時，TF菌活性較低；

Ⅱ．(4)①在催化劑的作用下，水蒸氣將CH4氧化生成一氧化碳和水蒸氣，圖中反應(yīng)的焓變△H=2582kJ/mol-2378kJ/mol=204kJ/mol，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應(yīng)反應(yīng)的焓變寫出熱化學(xué)方程式；

②圖象中甲烷體積分?jǐn)?shù)隨壓強增大而增大，據(jù)此分析；

Ⅳ．(5)①二氧化碳和碳酸鉀溶液反應(yīng)生成碳酸氫鉀；

②碳酸氫根離子存在電離平衡、氫氧根離子和碳酸氫根離子反應(yīng)生成碳酸根離子。

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圖2；

(1)硫化氫被硫酸鐵氧化生成單質(zhì)硫，過程i中H2S發(fā)生了氧化反應(yīng)；

(2)過程Ⅱ是亞鐵離子酸性條件下被氧氣氧化生成鐵離子，反應(yīng)的離子方程式為：4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O；

(3)Fe3+在pH=l.9時開始沉淀，pH=3.2時沉淀完全，分析30℃時，在T．F菌作用下，不同pH的FeSO4溶液中Fe2+的氧化速率可知：工業(yè)脫硫應(yīng)選擇的最佳pH范圍1.5≤PH＜1.9，當(dāng)PH大于1.9時，Fe3+開始沉淀，導(dǎo)致Fe3+、Fe2+離子濃度均下降，降低反應(yīng)速率，PH＜1.5時，TF菌活性較低，反應(yīng)速率減慢；

Ⅱ．(4)①在催化劑的作用下，水蒸氣將CH4氧化生成一氧化碳和水蒸氣，圖中反應(yīng)的焓變△H=2582kJ/mol-2378kJ/mol=204kJ/mol，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應(yīng)反應(yīng)的焓變寫出熱化學(xué)方程式為：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+204kJ/mol；

②反應(yīng)后氣體物質(zhì)的量增大，增大壓強平衡逆向進(jìn)行，圖象中甲烷體積分?jǐn)?shù)隨壓強增大而增大，據(jù)此分析，比較壓強P1和P2的大小關(guān)系：P1＞P2；

Ⅳ．(5)①將CO2和H2分離得到H2的過程示意圖分析得到：二氧化碳和碳酸鉀溶液反應(yīng)生成碳酸氫鉀，反應(yīng)的離子方程式為CO2+H2O+CO32-=2HCO3-；

②HCO3-存在電離平衡：HCO3-H++CO32-，陰極H+放電濃度減小平衡右移，CO32-再生，陰極反應(yīng)：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，OH-+HCO3-=CO32-+H2O，使碳酸鉀溶液得以再生。