Question

【题目】煤制天然气工艺是煤高效洁净利用的新途径之一，其工艺流程简如图1如下：

（1）反应I：C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）△H=+135kJmol﹣1 ， 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）△H=﹣41kJmol﹣1 ． 如图2表示不同温度条件下，煤气化反应I发生后的汽气比（水蒸气与原料气中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： ．
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”“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法脱除H2S气体得到两种酸式盐，该反应的化学方程式是 ．
（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
反应IV：CO（g）+3H2（g）CH4（g）+H2O（g）△H=

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C（s）+H2O（g）?CO（g）+H2（g）吸收利用，促进反应正向移动
（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，
所以答案是：氧气与碳发生燃烧反应放热，放出的热被可逆反应C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）吸收利用，促进反应正向移动；（2）①反应CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H=﹣41kJmol﹣1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 ， 所以答案是：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4mol、则生成的CO物质的量为5mol，同时生成5mol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xmol，则生成xmol氢气，则（5﹣x）：（5+x）=1：3，x=2.5，CO的转化率= ×100%=50%，根据图知，反应温度为T3 ，
所以答案是：T3；（3）①根据方程式II知，生成的酸性气体还有二氧化碳，所以答案是：CO2；
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+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
将方程式①+2②﹣③得反应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 ．
【考点精析】本题主要考查了化学平衡状态本质及特征和化学平衡的计算的相关知识点，需要掌握化学平衡状态的特征：“等”即 V正=V逆>0；“动”即是动态平衡，平衡时反应仍在进行；“定”即反应混合物中各组分百分含量不变；“变”即条件改变，平衡被打破，并在新的条件下建立新的化学平衡；与途径无关，外界条件不变，可逆反应无论是从正反应开始，还是从逆反应开始，都可建立同一平衡状态（等效）；反应物转化率=转化浓度÷起始浓度×100%=转化物质的量÷起始物质的量×100%；产品的产率=实际生成产物的物质的量÷理论上可得到产物的物质的量×100%才能正确解答此题．