Question

【題目】煤制天然氣工藝是煤高效潔凈利用的新途徑之一，其工藝流程簡(jiǎn)圖如下：

（1）反應(yīng)I：C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）ΔH=+135kJ·mol-1，通入的氧氣會(huì)與部分碳發(fā)生燃燒反應(yīng)。請(qǐng)利用能量轉(zhuǎn)化及平衡移動(dòng)原理說(shuō)明通入氧氣的作用： 。

（2）反應(yīng)II：CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）ΔH=41kJ·mol-1。下圖表示不同溫度條件下，煤氣化反應(yīng)I發(fā)生后的汽氣比（水蒸氣與原料氣中CO物質(zhì)的量之比）與CO平衡轉(zhuǎn)化率的變化關(guān)系。

①判斷T1、T2和T3的大小關(guān)系： 。

②若煤氣化反應(yīng)I發(fā)生后的汽氣比為0.8，經(jīng)煤氣化反應(yīng)I和水氣變換反應(yīng)II后，得到CO與H2的物質(zhì)的量之比為1:3，則反應(yīng)II應(yīng)選擇的溫度是 （填“T1”“T2”或“T3”）。

（3）①甲烷化反應(yīng)IV發(fā)生之前需要進(jìn)行脫酸反應(yīng)III。煤經(jīng)反應(yīng)I和II后的氣體中含有兩種酸性氣體，分別是H2S和 。

②工業(yè)上常用熱碳酸鉀法脫除H2S氣體得到兩種酸式鹽，該反應(yīng)的化學(xué)方程式是 。

（4）已知：CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g） H1＝41kJ·mol1

2H2（g）+O2（g）2H2O（g） H2＝484kJ·mol1

CH4（g）+2O2（g）CO2（g）+2H2O（g） H3＝802kJ·mol1

反應(yīng)IV：CO（g）+3H2（g）CH4（g）+H2O（g） H＝ 。

Answer 1

【答案】（1）氧氣與碳發(fā)生燃燒反應(yīng)放熱，放出的熱被可逆反應(yīng)C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）吸收利用，促進(jìn)反應(yīng)正向移動(dòng)

（2）①T1<T2<T3②T3（1分）

（3）①CO2（1分）②K2CO3+H2SKHS+KHCO3（4）207kJ·mol1

【解析】

試題分析：（1）由于氧氣能與碳發(fā)生燃燒反應(yīng)放熱，放出的熱被可逆反應(yīng)C（s） + H2O（g）CO（g） + H2（g） 吸收利用，從而促進(jìn)反應(yīng)正向移動(dòng)；

（2）①正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，在其它條件相同時(shí)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率降低，所以溫度是T1<T2<T3；

②設(shè)煤氣化反應(yīng)I發(fā)生后CO是xmol，則水蒸氣是0.8xmol，則

CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）

起始量（mol） x 0.8x 0 0

轉(zhuǎn)化量（mol） y y y y

平衡量（mol）x—y 0.8x—y y y

則（x—y）：（x＋y）＝1：3

解得x＝2y

所以CO的轉(zhuǎn)化率50%，因此根據(jù)圖像可知應(yīng)該選擇溫度T3；

（3）①根據(jù)原子守恒可知兩種酸性氣體，分別是H2S和CO2。

②工業(yè)上常用熱碳酸鉀法脫除H2S氣體得到兩種酸式鹽，兩種酸式鹽分別是碳酸氫鉀和硫氫化鉀，反應(yīng)的化學(xué)方程式是K2CO3+H2SKHS+KHCO3。

（4）已知：①CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）H1＝41kJ·mol1

②2H2（g）+O2（g）2H2O（g）H2＝484kJ·mol1

③CH4（g）+2O2（g）CO2（g）+2H2O（g）H3＝802kJ·mol1

則根據(jù)蓋斯定律可知①＋②×2—③即得到反應(yīng)

CO（g）+3H2（g）CH4（g）+H2O（g）的反應(yīng)熱H＝207kJ·mol1。