Question

6．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：
②
（1）反應(yīng)I：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+135kJ•mol^-1，通入的氧氣會與部分碳發(fā)生燃燒反應(yīng)．請利用能量轉(zhuǎn)化及平衡移動原理說明通入氧氣的作用：氧氣與碳發(fā)生燃燒反應(yīng)放熱，放出的熱被可逆反應(yīng)C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）吸收利用，促進(jìn)反應(yīng)正向移動．
（2）反應(yīng)II：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ•mol^-1．如圖2表示不同溫度條件下，煤氣化反應(yīng)I發(fā)生后的汽氣比（水蒸氣與原料氣中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：T₁＜T₂＜T₃．
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T₃（填“T₁”“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CO₂．
②工業(yè)上常用熱碳酸鉀法脫除H₂S氣體得到兩種酸式鹽，該反應(yīng)的化學(xué)方程式是K₂CO₃+H₂S═KHS+KHCO₃．
（4）已知：
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₁=-41kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g）△H₂=-484kJ•mol^-1
CH₄（g）+2O₂（g）?CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-802kJ•mol^-1
反應(yīng)IV：CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）△H=-207kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+135kJ•mol^-1，是吸熱反應(yīng)，而碳與氧氣反應(yīng)放出熱量，升高溫度平衡向吸熱方向移動；
（2）①反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ•mol^-1的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動；
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4mol、則生成的CO物質(zhì)的量為5mol，同時生成5mol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xmol，則生成xmol氫氣，則（5-x）：（5+x）=1：3，x=2.5，CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{2.5mol}{5mol}$×100%=50%，據(jù)此判斷反應(yīng)溫度；
（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；
（4）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₁=-41kJ•mol^-1①
2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g）△H₂=-484kJ•mol^-1②
CH₄（g）+2O₂（g）?CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-802kJ•mol^-1③
將方程式①+2②-③得反應(yīng)IV：CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）△H 進(jìn)行相應(yīng)的改變．

解答 解：（1）C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+135kJ•mol^-1，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，提高碳的利用率，
故答案為：氧氣與碳發(fā)生燃燒反應(yīng)放熱，放出的熱被可逆反應(yīng)C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）吸收利用，促進(jìn)反應(yīng)正向移動；
（2）①反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ•mol^-1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，故答案為：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4mol、則生成的CO物質(zhì)的量為5mol，同時生成5mol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xmol，則生成xmol氫氣，則（5-x）：（5+x）=1：3，x=2.5，CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{2.5mol}{5mol}$×100%=50%，根據(jù)圖知，反應(yīng)溫度為T₃，
故答案為：T₃；
（3）①根據(jù)方程式II知，生成的酸性氣體還有二氧化碳，故答案為：CO₂；
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+H₂S═KHS+KHCO₃，
故答案為：K₂CO₃+H₂S═KHS+KHCO₃；
（4）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₁=-41kJ•mol^-1 ①
2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g）△H₂ =-484kJ•mol^-1 ②
CH₄（g）+2O₂（g）?CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-802kJ•mol^-1 ③
將方程式①+2②-③得反應(yīng)IV：CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）△H=△H₁+2△H₂-△H₃=（-41kJ•mol^-1）+2（-484kJ•mol^-1 ）-（-802kJ•mol^-1）=-207 kJ•mol^-1，
故答案為：-207 kJ•mol^-1．

點評 本題考查化學(xué)平衡計算、蓋斯定律、化學(xué)平衡影響因素等知識點，側(cè)重考查學(xué)生圖象分析、判斷及計算能力，難點是（2）②題溫度判斷，要結(jié)合CO轉(zhuǎn)化率確定反應(yīng)溫度，題目難度中等．