Question

【題目】煤制天然氣工藝是煤高效潔凈利用的新途徑之一，其工藝流程簡如圖1如下：

（1）反應I：C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）△H=+135kJmol﹣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）△H=﹣41kJmol﹣1 ． 如圖2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=﹣41kJmol﹣1
2H2（g）+O2（g）2H2O（g）△H2=﹣484kJmol﹣1
CH4（g）+2O2（g）CO2（g）+2H2O（g）△H3=﹣802kJmol﹣1
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）T1＜T2＜T3；T3
（3）CO2；K2CO3+H2S═KHS+KHCO3
（4）﹣207kJ?mol﹣1
【解析】解：（1）C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）△H=+135kJmol﹣1 ， 是吸熱反應，而碳與氧氣反應放出熱量，使反應C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g），向正反應方向移動，提高碳的利用率，
所以答案是：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）①反應CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H=﹣41kJmol﹣1的正反應為放熱反應，溫度越高一氧化碳的轉化率越低，由圖可知，溫度的大小為：T1＜T2＜T3 ， 所以答案是：T1＜T2＜T3；
②若煤氣化反應I發生后的汽氣比為0.8，設水蒸氣的物質的量是4mol、則生成的CO物質的量為5mol，同時生成5mol氫氣，經煤氣化反應I和水氣變換反應II后，設反應II中CO轉化的為xmol，則生成xmol氫氣，則（5﹣x）：（5+x）=1：3，x=2.5，CO的轉化率= ×100%=50%，根據圖知，反應溫度為T3 ，
所以答案是：T3；（3）①根據方程式II知，生成的酸性氣體還有二氧化碳，所以答案是：CO2；
②工業上常用熱碳酸鉀法脫除H2S氣體得到兩種酸式鹽，則二者反應生成碳酸氫鉀和硫氫化鉀，反應方程式為K2CO3+H2S═KHS+KHCO3 ，
所以答案是：K2CO3+H2S═KHS+KHCO3；（4）CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H1=﹣41kJmol﹣1 ①
2H2（g）+O2（g）2H2O（g）△H2 =﹣484kJmol﹣1 ②
CH4（g）+2O2（g）CO2（g）+2H2O（g）△H3=﹣802kJmol﹣1 ③
將方程式①+2②﹣③得反應IV：CO（g）+3H2（g）CH4（g）+H2O（g）△H=△H1+2△H2﹣△H3=（﹣41kJmol﹣1）+2（﹣484kJmol﹣1 ）﹣（﹣802kJmol﹣1）=﹣207 kJmol﹣1 ，
所以答案是：﹣207 kJmol﹣1 ．
【考點精析】本題主要考查了化學平衡狀態本質及特征和化學平衡的計算的相關知識點，需要掌握化學平衡狀態的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動”即是動態平衡，平衡時反應仍在進行；“定”即反應混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學平衡；與途徑無關，外界條件不變，可逆反應無論是從正反應開始，還是從逆反應開始，都可建立同一平衡狀態（等效）；反應物轉化率=轉化濃度÷起始濃度×100%=轉化物質的量÷起始物質的量×100%；產品的產率=實際生成產物的物質的量÷理論上可得到產物的物質的量×100%才能正確解答此題．