Question

【題目】煤制天然氣工藝是煤高效潔凈利用的新途徑之一，其工藝流程簡圖如下：

（1）反應I：C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）ΔH=+135kJ·mol-1，通入的氧氣會與部分碳發生燃燒反應。請利用能量轉化及平衡移動原理說明通入氧氣的作用： 。

（2）反應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I發生后的汽氣比（水蒸氣與原料氣中CO物質的量之比）與CO平衡轉化率的變化關系。

①判斷T1、T2和T3的大小關系： 。

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

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

②工業上常用熱碳酸鉀法脫除H2S氣體得到兩種酸式鹽，該反應的化學方程式是 。

（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IV：CO（g）+3H2（g）CH4（g）+H2O（g） H＝ 。

Answer 1

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

（2）①T1<T2<T3②T3（1分）

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

【解析】

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

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

②設煤氣化反應I發生后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的轉化率50%，因此根據圖像可知應該選擇溫度T3；

（3）①根據原子守恒可知兩種酸性氣體，分別是H2S和CO2。

②工業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，反應的化學方程式是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

則根據蓋斯定律可知①＋②×2—③即得到反應

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