Question

10．高爐氣中含有的氣體主要有N₂、CO、CO₂等．在含有大量N₂的高爐氣體系中，富集CO的技術(shù)關(guān)鍵在于要有對(duì)CO選擇性好的吸附材料，從而實(shí)現(xiàn)CO和N₂的分離．
（1）由CO可以直接合成許多C₁化工產(chǎn)品，如生產(chǎn)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）燃燒熱△H=-283kJ•mol^-1，則CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=-128.1kJ•mol^-1．
（2）工業(yè)上常采用醋酸亞銅氨溶液來吸收CO，該反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：
CH₃COOCu（NH₃）₂ （aq）+CO（g）?CH₃COOCu（NH₃）₂•CO（aq）△H＜0
吸收CO后的溶液經(jīng)過適當(dāng)處理又可以重新生成醋酸亞銅氨，可采取的措施有ad．
a．適當(dāng)升高溫度     b．適當(dāng)降低溫度     c．增大壓強(qiáng)      d．減小壓強(qiáng)
（3）到目前為止，CO吸附劑的開發(fā)大多數(shù)以銅（+1）為活性組分負(fù)載在各種載體上，然后采用變壓吸附（PSA）方式在含N₂體系中脫出CO．下圖是變壓吸附回收高爐氣中CO的流程圖．

①PSA-I吸附CO₂時(shí)間對(duì)PSA-II中CO回收率的影響見圖，由此可見，為了保證載銅吸附劑對(duì)CO的吸附和提純要求，應(yīng)采取的措施是盡量在PSA-I中將CO₂脫除（保證PSA-I吸附CO₂的時(shí)間）．

②從PSA-II中富集得到的CO有廣泛的用途，除生產(chǎn)甲醇外，列舉其中一種用途作燃料．
③檢驗(yàn)放空氣體中是否含有CO的實(shí)驗(yàn)操作是：將該氣體通入氯化鈀（PdCl₂）溶液中，觀察是否有黑色的單質(zhì)鈀生成，寫出對(duì)應(yīng)的化學(xué)方程式CO+PdCl₂+H₂O═Pd↓+2HCl+CO₂．
（4）已知：K_sp（CaCO₃）=a，K_sp[Ca（OH）₂]=b，將少量CO₂氣體通入石灰乳中充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后，測(cè)得溶液c（OH^-）=c mol•L^-1，則c（CO₃^2-）=$\frac{a{c}^{2}}$mol•L^-1（用含a、b、c的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）CO（g）燃燒熱△H=-283kJ•mol^-1，依據(jù)燃燒熱概念書寫熱化學(xué)方程式，結(jié)合2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1453kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1，和蓋斯定律計(jì)算得到CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；
（2）吸收CO后的溶液經(jīng)過適當(dāng)處理又可以重新生成醋酸亞銅氨，平衡逆向進(jìn)行，結(jié)合平衡移動(dòng)原理分析選項(xiàng)；
（3）①CO吸附劑的開發(fā)大多數(shù)以銅（+1）為活性組分負(fù)載在各種載體上，然后采用變壓吸附（PSA）方式在含N₂體系中脫出CO，圖象方向可知時(shí)間越長(zhǎng)CO回收率越高；
②一氧化碳是可燃性氣體燃燒過程中放熱；
③為了檢測(cè)CO對(duì)空氣的污染情況，常需用到氯化鈀（PdCl₂）溶液．將CO氣體通入氯化鈀（PdCl₂）溶液中（水也參與反應(yīng)），能產(chǎn)生黑色金屬鈀、CO₂和一種酸．請(qǐng)寫出該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式；
（4）將少量CO₂氣體通入石灰乳中充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后發(fā)生的反應(yīng)為：Ca²⁺+CO₃^2-?CaCO₃+2OH^-，平衡常數(shù)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}）}$，據(jù)此計(jì)算碳酸根離子濃度．

解答 解：（1）CO（g）燃燒熱△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，
故答案為：-128.1；
（2）CH₃COOCu（NH₃）₂ （aq）+CO（g）?CH₃COOCu（NH₃）₂•CO（aq）△H＜0，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，
a．適當(dāng)升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)分析進(jìn)行，則升溫平衡逆向進(jìn)行，可以重新生成醋酸亞銅氨，故a正確；     
b．適當(dāng)降低溫度平衡向放熱反應(yīng)方向進(jìn)行，不能重新生成醋酸亞銅氨，故b錯(cuò)誤；   
c．增大壓強(qiáng)平衡向氣體體積減小的方向進(jìn)行，不能重新生成醋酸亞銅氨，故c錯(cuò)誤；      
d．減小壓強(qiáng)平衡向氣體體積增大的方向進(jìn)行，可以重新生成醋酸亞銅氨，故d正確；
故答案為：ad；
（3）①CO吸附劑的開發(fā)大多數(shù)以銅（+1）為活性組分負(fù)載在各種載體上，然后采用變壓吸附（PSA）方式在含N₂體系中脫出CO，圖象方向可知時(shí)間越長(zhǎng)CO回收率越高，為了保證載銅吸附劑對(duì)CO的吸附和提純要求，應(yīng)采取的措施是盡量在PSA-I中將CO₂ 脫除（保證PSA-I吸附CO₂的時(shí)間），
故答案為：盡量在PSA-I中將CO₂ 脫除（保證PSA-I吸附CO₂的時(shí)間）；
②一氧化碳是可燃性氣體燃燒過程中放熱，可以作為燃料，
故答案為：作燃料；
③CO氣體通入氯化鈀（PdCl₂）溶液中（水也參與反應(yīng)），能產(chǎn)生黑色金屬鈀、CO₂和一種酸，由質(zhì)量守恒定律，該酸為鹽酸，反應(yīng)的俄化學(xué)方程式為：CO+PdCl₂+H₂O═Pd+CO₂+2HCl，
故答案為：CO+PdCl₂+H₂O═Pd↓+2HCl+CO₂；
（4）將少量CO₂氣體通入石灰乳中充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后發(fā)生的反應(yīng)為：Ca²⁺+CO₃^2-?CaCO₃+2OH^-，平衡常數(shù)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}）}$，達(dá)到平衡后，測(cè)得溶液c（OH^-）=c mol•L^-1，則c（CO₃^2-）=$\frac{a{c}^{2}}$mol/L，
故答案為：$\frac{a{c}^{2}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了反應(yīng)能量變化、熱化學(xué)方程式書寫、化學(xué)平衡影響因素、圖象的理解應(yīng)用、溶度積常數(shù)的計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．