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H2 中的应用
(1)甲烷蒸汽转化法制H2的主要转化反应如下:
CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g)△H=+206.2kJ/mol
CH4(g)+2H2O(g)⇌CO2(g)+4H2(g)△H=+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CO2,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CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)△H=-41.2kJ/molCO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)△H=-41.2kJ/mol.
(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)的关系如图1所示:

析图可知:
①相同温度时,CO平衡变换率与汽气比的关系是汽气比越大CO平衡变化率越大汽气比越大CO平衡变化率越大.
②汽气比相同时,CO平衡变换率与温度的关系是温度越高CO平衡变化率越小温度越高CO平衡变化率越小.
(3)对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度也可以表示平衡常数(记作Kp),则CO变换反应的平衡常数表示式为:Kp=P(CO2)P(H2)P(CO)P(H2O)P(CO2)P(H2)P(CO)P(H2O).随温度的降低,该平衡常数增大增大(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Li2CO3和K2CO3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图2:
(1)外电路电子流动方向:由AA流向BB(填字母).
(2)空气极发生反应的离子方程式是O2+4e-+2CO2=2CO32-O2+4e-+2CO2=2CO32-.
(3)以此燃料电池为电源电解精炼铜,当电路有0.6mol e-转移,有19.219.2 g 精铜析出.
P
(
C
O
2
)
P
(
H
2
)
P
(
CO
)
P
(
H
2
O
)
P
(
C
O
2
)
P
(
H
2
)
P
(
CO
)
P
(
H
2
O
)
【答案】CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)△H=-41.2kJ/mol;汽气比越大CO平衡变化率越大;温度越高CO平衡变化率越小;;增大;A;B;O2+4e-+2CO2=2CO32-;19.2
P
(
C
O
2
)
P
(
H
2
)
P
(
CO
)
P
(
H
2
O
)
【解答】
【点评】
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发布:2024/6/27 10:35:59组卷:17引用:2难度:0.3
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(1)图1的四个过程中能量转化形式有
A.2种 B.3种 C.4种 D.4种以上
(2)电解过程要消耗大量的电能,而使用微生物作催化剂在阳光下也能分解水.
2H2O(1)2H2(g)+O2(g)△H 1 2H2O(1)通电2H2(g)+O2(g)△H2光照催化剂
以上反应的△H1
(3)已知H2O(l)→H2O(g)△H=+44kJ.mol-1,依据图2能量变化写出氢气燃烧生产液态水的热化学方程式
(4)氢能利用需要选择合适的储氢材料.
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