Question

天然气(以甲烷计)在工业生产中用途广泛。

（1）Ⅰ.在制备合成氨原料气H2中的应用

（1）甲烷蒸气转化法制H2的主要转化反应如下:

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)ΔH=+206.2kJ/mol

CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)ΔH=+165.0kJ/mol

上述反应所得原料气中的CO能使合成氨催化剂中毒,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                            。

（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:

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(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=          。随温 度的降低,该平衡常数          (填“增大”“减小”或“不变”)。

（2）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。

Answer

（1）Ⅰ.（1）CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.2 kJ/mol（2）①汽气比越大CO平衡变换率越大 ②温度越高CO平衡变换率越小（3）Kp=(1分) 增大

（2）Ⅱ.（1）由A流向B（2）O2+4e-+2CO22C（3）19.2

【解析】

试题分析：Ⅰ.（1）将题给热化学方程式分别标号为①②,根据盖斯定律②-①即为所求热化学方程式CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH =-41.2 kJ/mol；（2）由图可知,温度相同时,随汽气比增大CO平衡变换率增大;汽气比相同时,随温度升高CO平衡变换率减小。（3）由（1）CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH =-41.2 kJ/mol,可知Kp=p(CO2)p(H2)/[p(CO)p(H2O)],ΔH<0则反应为放热反应,温度降低反应正向移动,Kp增大。Ⅱ.（1）由图可知,在该原电池中A极H2失电子则A极为负极,B极O2得电子则B极为正极,电子经A极流向B。（2）在原电池中,电解质的含量基本不变,则负极消耗C,正极生成C ,故空气极发生的离子反应式为O2+4e-+2CO22C。（3）Cu2++2e-Cu,则当电路中有0.6 mol e-转移时,有0.3 mol Cu生成,即有19.2 g Cu生成。

考点：本题考查热化学方程式、转化率、化学平衡。