Question

【題目】Ⅰ．煤制天然氣的工藝流程簡圖如下：

（1）反應Ⅰ：C(s) + H2O(g)CO(g) + H2(g) ΔH =+135 kJ·mol1，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=41 kJ·mol1。如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：______________。（從小到大的順序）

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”或“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溶液脫除H2S氣體得到兩種酸式鹽，該反應的離子方程式是__________。

Ⅱ．利用甲烷超干重整CO2技術可得到富含CO的氣體，將甲烷和二氧化碳轉化為可利用的化學品，在能源和環境上的意義重大。該技術中的化學反應為：

CH4 (g)+3CO2 (g)2H2O(g)+4CO(g) ΔH>0

CH4超干重整CO2的催化轉化原理示意如圖：

（4）過程Ⅱ，實現了含氫物種與含碳物種的分離。生成H2O(g)的化學方程式是______________。

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

a．過程Ⅰ和過程Ⅱ中均含有氧化還原反應

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)，發生反應CH4 (g)+3CO2 (g)2H2O(g)+4CO(g) ΔH>0，實驗測得，反應吸收的能量和甲烷的體積分數隨時間變化的曲線圖像如圖。計算該條件下，此反應的ΔH=________________。

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吸收利用，促進反應正向移動

（2）①T1 <T2<T3 ②T3

（3）①CO2 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，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；

（2）①反應CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H=41 kJ·mol1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；

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4 mol、則生成的CO物質的量為5 mol，同時生成5 mol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x mol，則生成x mol氫氣，則（5x）∶（5+x）=1∶3，x=2.5，CO的轉化率=×100%=50%，根據圖知，反應溫度為T3；

（3）①根據方程式Ⅱ知，生成的酸性氣體還有二氧化碳；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+H2SKHS+KHCO3；

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

（5）假設過程Ⅰ和過程Ⅱ中的各步均轉化完全，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，故a正確；b．過程Ⅱ中使用的催化劑為Fe3O4和CaO，故b錯誤；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)

起始物質的量(mol) 1.2 4.8 0 0

變化物質的量(mol) x 3x 2x 4x

平衡物質的量(mol) 1.2 x 4.83x 2x 4x

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