天然氣(以甲烷計(jì))在工業(yè)生產(chǎn)中用途廣泛.
Ⅰ.在制備合成氨原料氣H2 中的應(yīng)用
(1)甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化法制H2的主要轉(zhuǎn)化反應(yīng)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
上述反應(yīng)所得原料氣中的CO能使氨合成催化劑中毒,必須除去.工業(yè)上常采用催化劑存在下CO與水蒸氣反應(yīng)生成易除去的CO2,同時(shí)又可制得等體積的氫氣的方法.此反應(yīng)稱為一氧化碳變換反應(yīng),該反應(yīng)的熱化學(xué)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變換反應(yīng)的汽氣比(水蒸氣與原料氣中CO物質(zhì)的量之比)與CO平衡變換率(已轉(zhuǎn)化的一氧化碳量與變換前一氧化碳量之比)的關(guān)系如圖1所示:
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析圖可知:
①相同溫度時(shí),CO平衡變換率與汽氣比的關(guān)系是汽氣比越大CO平衡變化率越大汽氣比越大CO平衡變化率越大.
②汽氣比相同時(shí),CO平衡變換率與溫度的關(guān)系是溫度越高CO平衡變化率越小溫度越高CO平衡變化率越小.
(3)對(duì)于氣相反應(yīng),用某組分(B)的平衡壓強(qiáng)(pB)代替物質(zhì)的量濃度也可以表示平衡常數(shù)(記作Kp),則CO變換反應(yīng)的平衡常數(shù)表示式為:Kp=P(CO2)P(H2)P(CO)P(H2O)P(CO2)P(H2)P(CO)P(H2O).隨溫度的降低,該平衡常數(shù)增大增大(填“增大”“減小”或“不變”).
Ⅱ.在熔融碳酸鹽燃料電池中的應(yīng)用以熔融Li2CO3和K2CO3為電解質(zhì),天然氣經(jīng)內(nèi)重整催化作用提供反應(yīng)氣的燃料電池示意圖如圖2:
(1)外電路電子流動(dòng)方向:由AA流向BB(填字母).
(2)空氣極發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是O2+4e-+2CO2=2CO32-O2+4e-+2CO2=2CO32-.
(3)以此燃料電池為電源電解精煉銅,當(dāng)電路有0.6mol e-轉(zhuǎn)移,有19.219.2 g 精銅析出.
P
(
C
O
2
)
P
(
H
2
)
P
(
CO
)
P
(
H
2
O
)
P
(
C
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2
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H
2
)
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(
CO
)
P
(
H
2
O
)
【答案】CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H=-41.2kJ/mol;汽氣比越大CO平衡變化率越大;溫度越高CO平衡變化率越??;;增大;A;B;O2+4e-+2CO2=2CO32-;19.2
P
(
C
O
2
)
P
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H
2
)
P
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CO
)
P
(
H
2
O
)
【解答】
【點(diǎn)評(píng)】
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(1)圖1的四個(gè)過程中能量轉(zhuǎn)化形式有
A.2種 B.3種 C.4種 D.4種以上
(2)電解過程要消耗大量的電能,而使用微生物作催化劑在陽(yáng)光下也能分解水.
2H2O(1)2H2(g)+O2(g)△H 1 2H2O(1)通電2H2(g)+O2(g)△H2光照催化劑
以上反應(yīng)的△H1
(3)已知H2O(l)→H2O(g)△H=+44kJ.mol-1,依據(jù)圖2能量變化寫出氫氣燃燒生產(chǎn)液態(tài)水的熱化學(xué)方程式
(4)氫能利用需要選擇合適的儲(chǔ)氫材料.
①NaBH4是一種重要的儲(chǔ)氫載體,能與水反應(yīng)生成NaBO2,且反應(yīng)前后B的化合價(jià)不變,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為
②鑭鎳合金在一定條件下可吸收氫氣生產(chǎn)氫化物:LaNi3(s)+3H2(g)═LaNi3H6(s)△H<0,欲使LaNi3H6(s)釋放出氣態(tài)氫,根據(jù)平衡移動(dòng)的原理,可改變的條件之一是
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