Question

【題目】煤的氣化主要反應(yīng)是煤中碳與水蒸氣反應(yīng)生成CO、H2等。回答下列問(wèn)題：

（1）CO與H2分別與O2都可以設(shè)計(jì)成燃料電池。CO與O2設(shè)計(jì)成燃料電池（以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)）負(fù)極的電極反應(yīng)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(yīng)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(yīng)式分別為：

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

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

已知反應(yīng)中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：

化學(xué)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(yīng)能自發(fā)的理由是_______

①一定溫度下，在兩個(gè)容積都為為VL的恒容莫比容器中，按如下方式加入反應(yīng)物，一段時(shí)間后達(dá)到平衡：

容器	甲	乙
反應(yīng)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(qiáng)為開(kāi)始的0.8倍，要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等，且起始時(shí)維持化學(xué)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)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(zhuǎn)化率，可采取的措施有：________（答兩點(diǎn)即可）

Answer 1

【答案】CO+CO32-― 2e－=2CO2COS+4OH―=S2―+CO32―+2H2O－35該反應(yīng)是焓減、熵減反應(yīng)，低溫時(shí)自發(fā)0.4＜n≤1 增大CO的投入量、分離出甲醇、適當(dāng)降溫 （答兩點(diǎn)即可）

【解析】(1)燃料電池通O2的極為正極，通CO的極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，其電極反應(yīng)為CO+CO32-― 2e－=2CO2；

(2)COS與CO2為等電子體，其結(jié)構(gòu)相似，則其電子式為；羰基硫與燒堿溶液反應(yīng)生成Na2S和Na2CO3，反應(yīng)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(yīng)CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2＜0，ΔS＜0，則根據(jù)ΔG=ΔH2-TΔS，只有低溫時(shí)ΔG＜0，反應(yīng)才能自發(fā)進(jìn)行；

①利用三段式，根據(jù)等效平衡的思想可知設(shè)平衡時(shí)二氧化碳轉(zhuǎn)化了xmol，
　　　　CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)，
開(kāi)始1(mol)：1　3 0　 0
變化1(mol)：x 3x xx
平衡1(mol)：1-x 3-3x x x
開(kāi)始2　 　a3a n n

則由題意可知：=0.8，解得x=0.4，
根據(jù)恒溫恒容條件下的等效平衡的思想則有開(kāi)始1和開(kāi)始2為完全等效，即a+n

=1，要使反應(yīng)始終向逆向進(jìn)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(zhuǎn)化率，通常需要促進(jìn)平衡正向移動(dòng)，即增大CO2的濃度或降低溫度均可增大H2的平衡轉(zhuǎn)化率。