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17. (5分)二氧化碳、甲烷的捕集与利用对环境和能源具有重要意义。
(1)捕集燃煤电厂烟气(含有$\ce{CO_{2}}$、$\ce{N_{2}}$、$\ce{O_{2}}$及$\ce{H_{2}O}$)中的$\ce{CO_{2}}$,并将其甲烷化的流程如图1所示：
【资料卡片】
a. MEA水溶液低温可吸收$\ce{CO_{2}}$,升高温度可解吸$\ce{CO_{2}}$。
b. 恒温流化床反应器出口温度高。
①“吸收塔”中电厂烟气从塔底通入,MEA水溶液从塔顶喷淋。这样操作的优点是,"解吸塔"实现$\ce{CO_{2}}$解吸的操作是。
②“设备A”可实现$\ce{CH_{4}}$和$\ce{H_{2}O}$分离,方法是。
(2)甲烷进一步转化为合成气($\ce{H_{2}}$和$\ce{CO}$)的一种原理如图2所示：
①反应器Ⅱ中发生反应的化学方程式为。
②整个流程中,理论上消耗16 g甲烷,共可得到氢气的质量为g。
(1)捕集燃煤电厂烟气(含有$\ce{CO_{2}}$、$\ce{N_{2}}$、$\ce{O_{2}}$及$\ce{H_{2}O}$)中的$\ce{CO_{2}}$,并将其甲烷化的流程如图1所示：
【资料卡片】
a. MEA水溶液低温可吸收$\ce{CO_{2}}$,升高温度可解吸$\ce{CO_{2}}$。
b. 恒温流化床反应器出口温度高。
①“吸收塔”中电厂烟气从塔底通入,MEA水溶液从塔顶喷淋。这样操作的优点是,"解吸塔"实现$\ce{CO_{2}}$解吸的操作是。
②“设备A”可实现$\ce{CH_{4}}$和$\ce{H_{2}O}$分离,方法是。
(2)甲烷进一步转化为合成气($\ce{H_{2}}$和$\ce{CO}$)的一种原理如图2所示：
①反应器Ⅱ中发生反应的化学方程式为。
②整个流程中,理论上消耗16 g甲烷,共可得到氢气的质量为g。
答案
解：
(1) ① 使烟气与MEA水溶液充分接触，让CO₂被充分吸收；
升高溶液温度，解吸释放CO₂
② 降温冷凝，使气态水蒸气液化为液态水，与甲烷分离
(2) ① $\ce{CH_{4} + ZnO\xlongequal{500℃} Zn + CO + 2H_{2}}$
② 6
(1) ① 使烟气与MEA水溶液充分接触，让CO₂被充分吸收；
升高溶液温度，解吸释放CO₂
② 降温冷凝，使气态水蒸气液化为液态水，与甲烷分离
(2) ① $\ce{CH_{4} + ZnO\xlongequal{500℃} Zn + CO + 2H_{2}}$
② 6
解析
【分析】
本题围绕二氧化碳、甲烷的捕集与利用流程展开，需结合实验操作原理、资料卡片信息、元素守恒及化学计算来解题：
1. 对于吸收塔的操作优点，气液逆流接触可增大两相接触面积，提升吸收效率；解吸操作需依据资料卡片中MEA的特性（低温吸收、高温解吸）分析。
2. 分离CH₄和H₂O需利用物质状态变化的性质，结合常见分离方法判断。
3. 反应器Ⅱ的化学方程式需根据反应物、生成物及反应条件，结合元素守恒配平。
4. 计算氢气质量时，先求甲烷的物质的量，再依据流程反应关系计算。
【解析】
(1) ① 吸收塔中烟气从塔底通入、MEA水溶液从塔顶喷淋，采用气液逆流接触方式，能增大CO₂与MEA水溶液的接触面积，使CO₂被充分吸收；根据资料卡片，MEA水溶液低温吸收CO₂、升高温度可解吸CO₂，因此解吸塔需升高溶液温度实现CO₂解吸。
② CH₄为气态，H₂O降温会液化，因此设备A分离二者的方法是降温冷凝，使气态水蒸气液化为液态水，与甲烷分离。
(2) ① 反应器Ⅱ中，CH₄与ZnO在500℃条件下反应，生成Zn、CO和H₂，配平后化学方程式为：$\ce{CH_{4} + ZnO\xlongequal{500℃} Zn + CO + 2H_{2}}$。
② 16 g甲烷的物质的量为$\frac{16\ \mathrm{g}}{16\ \mathrm{g/mol}}=1\ \mathrm{mol}$，根据整个流程的反应关系，理论上可得到氢气的质量为6 g。
【答案】
(1) ① 使烟气与MEA水溶液充分接触，让CO₂被充分吸收；升高溶液温度，解吸释放CO₂
② 降温冷凝，使气态水蒸气液化为液态水，与甲烷分离
(2) ① $\ce{CH_{4} + ZnO\xlongequal{500℃} Zn + CO + 2H_{2}}$
② 6
【知识点】
化学实验基本操作、化学方程式书写、根据化学方程式计算
【点评】
本题以工业流程为载体，考查实验操作原理、化学方程式书写及化学计算，注重学生应用化学知识解决实际问题的能力，结合资料卡片信息分析流程是解题关键，难度适中。
【难度系数】
0.5
本题围绕二氧化碳、甲烷的捕集与利用流程展开，需结合实验操作原理、资料卡片信息、元素守恒及化学计算来解题：
1. 对于吸收塔的操作优点，气液逆流接触可增大两相接触面积，提升吸收效率；解吸操作需依据资料卡片中MEA的特性（低温吸收、高温解吸）分析。
2. 分离CH₄和H₂O需利用物质状态变化的性质，结合常见分离方法判断。
3. 反应器Ⅱ的化学方程式需根据反应物、生成物及反应条件，结合元素守恒配平。
4. 计算氢气质量时，先求甲烷的物质的量，再依据流程反应关系计算。
【解析】
(1) ① 吸收塔中烟气从塔底通入、MEA水溶液从塔顶喷淋，采用气液逆流接触方式，能增大CO₂与MEA水溶液的接触面积，使CO₂被充分吸收；根据资料卡片，MEA水溶液低温吸收CO₂、升高温度可解吸CO₂，因此解吸塔需升高溶液温度实现CO₂解吸。
② CH₄为气态，H₂O降温会液化，因此设备A分离二者的方法是降温冷凝，使气态水蒸气液化为液态水，与甲烷分离。
(2) ① 反应器Ⅱ中，CH₄与ZnO在500℃条件下反应，生成Zn、CO和H₂，配平后化学方程式为：$\ce{CH_{4} + ZnO\xlongequal{500℃} Zn + CO + 2H_{2}}$。
② 16 g甲烷的物质的量为$\frac{16\ \mathrm{g}}{16\ \mathrm{g/mol}}=1\ \mathrm{mol}$，根据整个流程的反应关系，理论上可得到氢气的质量为6 g。
【答案】
(1) ① 使烟气与MEA水溶液充分接触，让CO₂被充分吸收；升高溶液温度，解吸释放CO₂
② 降温冷凝，使气态水蒸气液化为液态水，与甲烷分离
(2) ① $\ce{CH_{4} + ZnO\xlongequal{500℃} Zn + CO + 2H_{2}}$
② 6
【知识点】
化学实验基本操作、化学方程式书写、根据化学方程式计算
【点评】
本题以工业流程为载体，考查实验操作原理、化学方程式书写及化学计算，注重学生应用化学知识解决实际问题的能力，结合资料卡片信息分析流程是解题关键，难度适中。
【难度系数】
0.5
