Question

天然气（以甲烷计）在工业生产中用途广泛。Ⅰ．在制备合成氨原料气H 2 中的应用（1）甲烷蒸汽转化法制H 2

天然气（以甲烷计）在工业生产中用途广泛。Ⅰ．在制备合成氨原料气H 2 中的应用（1）甲烷蒸汽转化法制H 2 的主要转化反应如下：CH 4 (g) + H 2 O(g) CO(g) + 3H 2 (g) ΔH =" +206.2" kJ/molCH 4 (g) + 2H 2 O(g) CO 2 (g) +4H 2 (g) ΔH = +165.0kJ/mol上述反应所得原料气中的CO能使氨合成催化剂中毒，必须除去。工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO 2 ，同时又可制得等体积的氢气的方法。此反应称为一氧化碳变换反应，该反应的热化学方程式是 。（2）CO变换反应的汽气比（水蒸气与原料气中CO物质的量之比）与CO平衡变换率（已转化的一氧化碳量与变换前一氧化碳量之比）的关系如下图所示： 汽气比与CO平衡变换率的关系析图可知：① 相同温度时，CO平衡变换率与汽气比的关系是 。② 汽气比相同时，CO平衡变换率与温度的关系是 。（3）对于气相反应，用某组分（B）的平衡压强（p B ）代替物质的量浓度也可以表示平衡常数（记作K p ），则CO变换反应的平衡常数表示式为：K p = 。随温度的降低，该平衡常数 （填“增大”“减小”或“不变”）。Ⅱ．在熔融碳酸盐燃料电池中的应用以熔融Li 2 CO 3 和K 2 CO 3 为电解质，天然气经内重整催化作用提供反应气的燃料电池示意图如下： （1）外电路电子流动方向：由 流向 （填字母）。（2）空气极发生反应的离子方程式是 。（3）以此燃料电池为电源电解精炼铜，当电路有0.6 mol e ? 转移，有 g 精铜析出。

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Answer 1

（12分） Ⅰ（1）CO(g)＋H 2 O(g)  CO 2 (g)＋H 2 (g) 　ΔH = －41.2 kJ/mol  （2分） （2）①汽气比越大CO平衡变化率越大   （1分） ②温度越高CO平衡变化率越小     （1分） （3） K ｐ =  （1分）  增大  （1分） Ⅱ（1）由Ａ流向Ｂ （2分） （2）O 2 ＋4e - ＋2CO 2 =2CO 3 2-     （2分） （3）19.2  （2分）

试题分析：Ⅰ（1）①CH 4 (g) + H 2 O(g)  CO(g) + 3H 2 (g)   ΔH 1 =" +206.2" kJ/mol ②CH 4 (g) + 2H 2 O(g)  CO 2 (g) +4H 2 (g)  ΔH 2 = +165.0kJ/mol 加减消元，②―①得ΔH =ΔH 2 ―ΔH 1 =165.0kJ/mol―206.2 kJ/mol=－41.2 kJ/mol,答案：CO(g)＋H 2 O(g)  CO 2 (g)＋H 2 (g) 　ΔH = －41.2 kJ/mol  （2分） （2）①由汽气比与CO平衡变换率的关系图，选取某一温度，随汽气比增大，CO平衡变换率变大，故答案：汽气比越大CO平衡变化率越大   （1分） ②在汽气比与CO平衡变换率的关系图中，将横坐标汽气比固定，作纵坐标的平行线，得：温度越高CO平衡变化率越小 ，答案：温度越高CO平衡变化率越小 （1分） （3）由方程式CO(g)＋H 2 O(g)  CO 2 (g)＋H 2 (g)得K ｐ =  ，答案： K ｐ =  （1分）  反应的△H=－41.2 kJ/mol，是放热反应，降低温度，平衡正向移动，平衡常数增大，答案：增大  （1分） Ⅱ（1）外电路电子由负极移向正极，由Ａ流向Ｂ ，答案：由Ａ流向Ｂ（2分） （2）空气中氧气作氧化剂，在碳酸盐体系中，CO 2 变成CO 3 2― ,答案：O 2 ＋4e - ＋2CO 2 =2CO 3 2-     （2分） （3）由关系式Cu 2 ＋ ＋2e ― =Cu得m(Cu)=0.6mol/2×64g·mol -1 =19.2g,答案：19.2  （2分）