Question

6．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：
②
（1）反应I：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+135kJ•mol^-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：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）反应II：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ•mol^-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：T₁＜T₂＜T₃．
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T₃（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CO₂．
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
反应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，是吸热反应，而碳与氧气反应放出热量，升高温度平衡向吸热方向移动；
（2）①反应CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ•mol^-1的正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动；
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=$\frac{2.5mol}{5mol}$×100%=50%，据此判断反应温度；
（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；
（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
将方程式①+2②-③得反应IV：CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）△H 进行相应的改变．

解答 解：（1）C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+135kJ•mol^-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，
故答案为：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=-41kJ•mol^-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，故答案为：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=$\frac{2.5mol}{5mol}$×100%=50%，根据图知，反应温度为T₃，
故答案为：T₃；
（3）①根据方程式II知，生成的酸性气体还有二氧化碳，故答案为：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，
故答案为：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
将方程式①+2②-③得反应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，
故答案为：-207 kJ•mol^-1．

点评 本题考查化学平衡计算、盖斯定律、化学平衡影响因素等知识点，侧重考查学生图象分析、判断及计算能力，难点是（2）②题温度判断，要结合CO转化率确定反应温度，题目难度中等．