Question

人口資源環境委員會副主任、中國科學院院士秦大河表示，當前情況下散燒煤和沒有清潔的煤是造成中國城市霧霾或者東部霧霾的主要原因。煤的氣化是解決霧霾，清潔地利用煤炭的重要途徑之一。

⑴已知:H2O(g)=H2O(I) △H=-44kJ/mol

物質	H2(g)	C(s)	CO(g)
燃燒熱kJ/mol	-285.8	-393.5	-283.0

①請寫出煤的氣化反應生成合成氣(CO和H2)的熱化學方程式___________。

②在恒溫、恒容的反應器中，能表明上述反應達到平衡狀態的是_______。

a.混合氣體平均相對分子質量不再改變

b.氣體壓強不再改變

c.各氣體濃度相等

d.反應體系中溫度保持不變

e.斷裂氫氧鍵速率是斷裂氫氫鍵速率的2倍

f.混合氣體密度不變

g.單位時間內，消耗水的質量與生成氫氣的質量比為9：1

⑵在催化劑作用下合成氣合成甲烷過程中會發生如下反應：

I CO(g)+3H2(g) = CH4(g)+H2O(g) △H1= -206 kJ/mol

II CO(g)+H2O(g) = CO2(g)+H2(g) △H2= -41 kJ/mol

Ⅲ 2CO(g)+2H2(g)= CH4(g)+CO2(g) △H 3= -247.4 kJ/mol

①圖1是太原理工大學煤化工研究所利用熱力學數據分析得到溫度對反應ⅠInK(化學平衡常數K的自然對數)的曲線圖,請分析出現這樣趨勢的原因是____________。

②提高甲烷反應選擇性的關鍵因素是_______，根據相關知識和圖2分析合成甲烷適宜的反應條件是

在550～630K，1MPa的原因是__________________。

③850℃時在體積為5L反應器中發生反應Ⅱ，CO和H2O(g)濃度變化如圖所示，請列式計算此條件下的平衡常數_____________ 。

(3)CH4燃料電池利用率很高，裝置中添加1L2mol/L的KOH溶液為電解質，持續緩慢通入標準狀況下甲烷22.4L～33.6 L時負極電極反應為___________。

Answer 1