Question

【題目】煤的氣化主要反應是煤中碳與水蒸氣反應生成CO、H2等。回答下列問題：

（1）CO與H2分別與O2都可以設計成燃料電池。CO與O2設計成燃料電池（以熔融碳酸鹽為電解質）負極的電極反應為：______________；

（2）在煤的氣化獲得的化工原料氣中含有少量羰基硫（COS），能引起催化劑中毒、大氣污染等。COS的電子式為___________；羰基硫與燒堿溶液反應生成水喝兩種正鹽的離子方程式為：__________；羰基硫的脫硫常用兩種方法，其反應式分別為：

①氫解反應：COS(g) + H2(g) = H2S(g) + CO(g) ΔH1 =+7kJ/mol

②水解反應：COS(g) + H2O(g) = H2S(g) + CO2(g) ΔH2

已知反應中相關的化學鍵鍵能數據如下：

化學鍵	C=O(CO2)	C=O(COS)	C=S	H-S	H-O
鍵能（kJ/mol）	803	742	577	339	465

則ΔH2 =____________kJ/mol。

（3）脫硫處理后的CO和H2在催化劑作用下合成甲醇：

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2 =-90.14kJ/mol。該反應能自發的理由是_______

①一定溫度下，在兩個容積都為為VL的恒容莫比容器中，按如下方式加入反應物，一段時間后達到平衡：

容器	甲	乙
反應物投入量	1molCO2、3molH2	a molCO2、3a molH2、 n molCH3OH(g)、n molH2O(g)

若甲中平衡后氣體的壓強為開始的0.8倍，要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分數相等，且起始時維持化學反應向逆反應方向進行，則n的取值范圍為_____________；

②甲容器保持恒容，欲增大H2的平衡轉化率，可采取的措施有：________（答兩點即可）

Answer 1

【答案】（1）CO+CO32-― 2e－=2CO2

（2） COS+4OH―=S2―+CO32―+2H2O－35

（3）該反應是焓減、熵減反應，低溫時自發①0.4＜n≤1 ②增大CO的投入量、分離出甲醇、適當降溫 （答兩點即可）

【解析】(1)燃料電池通O2的極為正極，通CO的極為負極，發生氧化反應，其電極反應為CO+CO32-― 2e－=2CO2；

(2)COS與CO2為等電子體，其結構相似，則其電子式為；羰基硫與燒堿溶液反應生成Na2S和Na2CO3，反應的離子方程式為：COS+4OH―=S2―+CO32―+2H2O ；COS(g)+H2O(g)═H2S(g)+CO2(g)的ΔH2 =(742+577+465×2)kJ/mol-(339×2+803×2)kJ/mol= -35kJ/mol；

(3)反應CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2＜0，ΔS＜0，則根據ΔG=ΔH2-TΔS，只有低溫時ΔG＜0，反應才能自發進行；

①利用三段式，根據等效平衡的思想可知設平衡時二氧化碳轉化了xmol，

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)，

開始1(mol)：1 3 0 0

變化1(mol)：x 3x x x

平衡1(mol)：1-x 3-3x x x

開始2 a 3a n n

則由題意可知：=0.8，解得x=0.4，

根據恒溫恒容條件下的等效平衡的思想則有開始1和開始2為完全等效，即a+n

=1，要使反應始終向逆向進行，則n＞x，故n的范圍為小于等于1大于0.4，即： 0.4＜n≤1；

②甲容器保持恒容，欲增大H2的平衡轉化率，通常需要促進平衡正向移動，即增大CO2的濃度或降低溫度均可增大H2的平衡轉化率。