Question

【题目】Ⅰ．煤制天然气的工艺流程简图如下：

（1）反应Ⅰ：C(s) + H2O(g)CO(g) + H2(g) ΔH =+135 kJ·mol1，通入的氧气会与部分碳发生燃烧反应。请利用能量转化及平衡移动原理说明通入氧气的作用：___________________________。

（2）反应Ⅱ：CO(g) + H2O(g)CO2(g) + H2(g) ΔH=41 kJ·mol1。如图表示不同温度条件下，煤气化反应Ⅰ发生后的汽气比（水蒸气与CO物质的量之比）与CO平衡转化率的变化关系。

①判断T1、T2和T3的大小关系：______________。（从小到大的顺序）

②若煤气化反应Ⅰ发生后的汽气比为0.8，经煤气化反应Ⅰ和水气变换反应Ⅱ后，得到CO与H2的物质的量之比为1∶3，则反应Ⅱ应选择的温度是_______（填“T1”或“T2”或“T3”）。

（3）①甲烷化反应Ⅳ发生之前需要进行脱酸反应Ⅲ。煤经反应Ⅰ和Ⅱ后的气体中含有两种酸性气体，分别是H2S和_______。

②工业上常用热碳酸钾溶液脱除H2S气体得到两种酸式盐，该反应的离子方程式是__________。

Ⅱ．利用甲烷超干重整CO2技术可得到富含CO的气体，将甲烷和二氧化碳转化为可利用的化学品，在能源和环境上的意义重大。该技术中的化学反应为：

CH4 (g)+3CO2 (g)2H2O(g)+4CO(g) ΔH>0

CH4超干重整CO2的催化转化原理示意如图：

（4）过程Ⅱ，实现了含氢物种与含碳物种的分离。生成H2O(g)的化学方程式是______________。

（5）假设过程Ⅰ和过程Ⅱ中的各步均转化完全，下列说法正确的是_______。（(填序号)

a．过程Ⅰ和过程Ⅱ中均含有氧化还原反应

b．过程Ⅱ中使用的催化剂为Fe3O4和CaCO3

c．若过程Ⅰ投料=1，可导致过程Ⅱ中催化剂失效

（6）一定条件下，向体积为2 L的恒容密闭容器中充入1.2 mol CH4(g)和4.8 mol CO2(g)，发生反应CH4 (g)+3CO2 (g)2H2O(g)+4CO(g) ΔH>0，实验测得，反应吸收的能量和甲烷的体积分数随时间变化的曲线图像如图。计算该条件下，此反应的ΔH=________________。

Answer 1

【答案】（1）氧气与碳发生燃烧反应放热，放出的热被可逆反应吸收利用，促进反应正向移动

（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，是吸热反应，而碳与氧气反应放出热量，使反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)，向正反应方向移动，提高碳的利用率；

（2）①反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H=41 kJ·mol1的正反应为放热反应，温度越高，一氧化碳的转化率越低，由图可知，温度的大小为：T1<T2<T3；

②若煤气化反应Ⅰ发生后的汽气比为0.8，设水蒸气的物质的量是4 mol、则生成的CO物质的量为5 mol，同时生成5 mol氢气，经煤气化反应Ⅰ和水气变换反应Ⅱ后，设反应Ⅱ中CO转化的为x mol，则生成x mol氢气，则（5x）∶（5+x）=1∶3，x=2.5，CO的转化率=×100%=50%，根据图知，反应温度为T3；

（3）①根据方程式Ⅱ知，生成的酸性气体还有二氧化碳；②工业上常用热碳酸钾法脱除H2S气体得到两种酸式盐，则二者反应生成碳酸氢钾和硫氢化钾，反应方程式为K2CO3+H2SKHS+KHCO3；

Ⅱ、（4）由图示可知，过程Ⅱ中氢气还原Fe3O4生成H2O，发生反应的化学方程式是4H2+Fe3O43Fe+4H2O；

（5）假设过程Ⅰ和过程Ⅱ中的各步均转化完全，a．过程Ⅰ有氢气生成，而过程Ⅱ中存在氢气还原四氧化三铁和CO还原四氧化三铁，均属于氧化还原反应，故a正确；b．过程Ⅱ中使用的催化剂为Fe3O4和CaO，故b错误；c．若过程Ⅰ投料=1，则CH4和CO2恰好生成CO和H2，无多余的CO2，导致过程Ⅱ中只能生成FeO，催化剂效果降低，故c正确；答案为ac；

（6） CH4 (g)＋3CO2 (g)2H2O(g)＋4CO(g)

起始物质的量(mol) 1.2 4.8 0 0

变化物质的量(mol) x 3x 2x 4x

平衡物质的量(mol) 1.2 x 4.83x 2x 4x

平衡时CH4的体积为=，解得x=0.36 mol，则ΔH=+118.8× kJ·mol1=+330 kJ·mol1。