Question

【題目】Ⅰ．煤制天然氣的工藝流程簡圖如下：

（1）反應(yīng)Ⅰ：C(s) + H2O(g)CO(g) + H2(g) ΔH =+135 kJ·mol1，通入的氧氣會(huì)與部分碳發(fā)生燃燒反應(yīng)。請利用能量轉(zhuǎn)化及平衡移動(dòng)原理說明通入氧氣的作用：___________________________。

（2）反應(yīng)Ⅱ：CO(g) + H2O(g)CO2(g) + H2(g) ΔH=41 kJ·mol1。如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：______________。（從小到大的順序）

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”或“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)上常用熱碳酸鉀溶液脫除H2S氣體得到兩種酸式鹽，該反應(yīng)的離子方程式是__________。

Ⅱ．利用甲烷超干重整CO2技術(shù)可得到富含CO的氣體，將甲烷和二氧化碳轉(zhuǎn)化為可利用的化學(xué)品，在能源和環(huán)境上的意義重大。該技術(shù)中的化學(xué)反應(yīng)為：

CH4 (g)+3CO2 (g)2H2O(g)+4CO(g) ΔH>0

CH4超干重整CO2的催化轉(zhuǎn)化原理示意如圖：

（4）過程Ⅱ，實(shí)現(xiàn)了含氫物種與含碳物種的分離。生成H2O(g)的化學(xué)方程式是______________。

（5）假設(shè)過程Ⅰ和過程Ⅱ中的各步均轉(zhuǎn)化完全，下列說法正確的是_______。（(填序號(hào))

a．過程Ⅰ和過程Ⅱ中均含有氧化還原反應(yīng)

b．過程Ⅱ中使用的催化劑為Fe3O4和CaCO3

c．若過程Ⅰ投料=1，可導(dǎo)致過程Ⅱ中催化劑失效

（6）一定條件下，向體積為2 L的恒容密閉容器中充入1.2 mol CH4(g)和4.8 mol CO2(g)，發(fā)生反應(yīng)CH4 (g)+3CO2 (g)2H2O(g)+4CO(g) ΔH>0，實(shí)驗(yàn)測得，反應(yīng)吸收的能量和甲烷的體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化的曲線圖像如圖。計(jì)算該條件下，此反應(yīng)的ΔH=________________。

Answer 1

【答案】（15分，除標(biāo)明外，每空2分）

（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)吸收利用，促進(jìn)反應(yīng)正向移動(dòng)

（2）①T1 <T2<T3 ②T3

（3）①CO2（1分） ②+H2SHS +

（4）4H2+Fe3O43Fe+4H2O

（5）ac

（6）+330 kJ·mol1

【解析】Ⅰ、（1）C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) △H=+135 kJ·mol1，是吸熱反應(yīng)，而碳與氧氣反應(yīng)放出熱量，使反應(yīng)C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)，向正反應(yīng)方向移動(dòng)，提高碳的利用率；

（2）①反應(yīng)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H=41 kJ·mol1的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率越低，由圖可知，溫度的大小為：T1<T2<T3；

②若煤氣化反應(yīng)Ⅰ發(fā)生后的汽氣比為0.8，設(shè)水蒸氣的物質(zhì)的量是4 mol、則生成的CO物質(zhì)的量為5 mol，同時(shí)生成5 mol氫氣，經(jīng)煤氣化反應(yīng)Ⅰ和水氣變換反應(yīng)Ⅱ后，設(shè)反應(yīng)Ⅱ中CO轉(zhuǎn)化的為x mol，則生成x mol氫氣，則（5x）∶（5+x）=1∶3，x=2.5，CO的轉(zhuǎn)化率=×100%=50%，根據(jù)圖知，反應(yīng)溫度為T3；

（3）①根據(jù)方程式Ⅱ知，生成的酸性氣體還有二氧化碳；②工業(yè)上常用熱碳酸鉀法脫除H2S氣體得到兩種酸式鹽，則二者反應(yīng)生成碳酸氫鉀和硫氫化鉀，反應(yīng)方程式為K2CO3+H2SKHS+KHCO3；

Ⅱ、（4）由圖示可知，過程Ⅱ中氫氣還原Fe3O4生成H2O，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是4H2+Fe3O43Fe+4H2O；

（5）假設(shè)過程Ⅰ和過程Ⅱ中的各步均轉(zhuǎn)化完全，a．過程Ⅰ有氫氣生成，而過程Ⅱ中存在氫氣還原四氧化三鐵和CO還原四氧化三鐵，均屬于氧化還原反應(yīng)，故a正確；b．過程Ⅱ中使用的催化劑為Fe3O4和CaO，故b錯(cuò)誤；c．若過程Ⅰ投料=1，則CH4和CO2恰好生成CO和H2，無多余的CO2，導(dǎo)致過程Ⅱ中只能生成FeO，催化劑效果降低，故c正確；答案為ac；

（6） CH4 (g)＋3CO2 (g)2H2O(g)＋4CO(g)

起始物質(zhì)的量(mol) 1.2 4.8 0 0

變化物質(zhì)的量(mol) x 3x 2x 4x

平衡物質(zhì)的量(mol) 1.2 x 4.83x 2x 4x

平衡時(shí)CH4的體積為=，解得x=0.36 mol，則ΔH=+118.8× kJ·mol1=+330 kJ·mol1。