29.合成氣(CO+H
2)在煤化工和天然氣化工中有著十分重要的地位,由合成氣可合成多種有機(jī)基礎(chǔ)原料和產(chǎn)品。
(1)煤化工中生產(chǎn)合成氣的反應(yīng)為:C(s)+H
2O(g)?CO(g)+H
2(g)ΔH=+131.5kJ?mol
-1。
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為
,該反應(yīng)在
(填高溫或低溫)自發(fā)進(jìn)行。
②在恒溫恒容下,同時(shí)放入C(s)、H
2O(g)、CO(g)、H
2(g)四種物質(zhì),下列事實(shí)能夠說明反應(yīng)C(s)+H
2O(g)?CO(g)+H
2(g)已達(dá)到平衡的是
。
A.反應(yīng)體系中,混合氣體的密度不再改變
B.反應(yīng)體系中,CO和H
2的體積分?jǐn)?shù)相等
C.反應(yīng)體系中,當(dāng)有2molH-O鍵斷裂的同時(shí)有1molH-H鍵形成
D.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變
(2)天然氣化工中生產(chǎn)合成氣的主要反應(yīng)為:2CH
4(g)+O
2(g)?2CO(g)+4H
2(g)ΔH=akJ?mol
-1。在恒容容器中按物質(zhì)的量之比1:2加入一定量的CH
4和O
2,在壓強(qiáng)為1.01×10
5Pa、不同溫度下測得CH
4的平衡轉(zhuǎn)化率如圖所示:
①請?jiān)趫D中畫出壓強(qiáng)為5.05×10
5Pa時(shí)CH
4的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化曲線
。
②現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)測得反應(yīng)2CH
4(g)+O
2(g)?2CO(g)+4H
2(g)在750℃下,以不同碳氧比[
]投料時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡后CH
4的轉(zhuǎn)化率及H
2、CO的選擇性,所測數(shù)據(jù)如表所示。(已知:選擇性=
目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率
)
碳氧比[] |
1:0.25 |
1:0.5 |
1:1 |
1:1.25 |
CH4轉(zhuǎn)化率 |
0.40 |
0.88 |
0.98 |
0.99 |
H2選擇性 |
0.98 |
0.93 |
0.67 |
0.40 |
CO選擇性 |
0.99 |
0.94 |
0.65 |
0.32 |
最佳碳氧比[
]為
。假設(shè)按碳氧比n(CH
4):n(O
2)=1:1投料,反應(yīng)容器的體積為VL,通入CH
4和O
2各amol,請列式表示平衡時(shí)容器內(nèi)H
2的濃度(用a、v的代數(shù)式表示)
。
(3)煤化工可以制取甲醇,甲醇-空氣燃料電池,以KOH溶液為電解質(zhì)溶液,(電極材料為惰性電極),當(dāng)KOH全部轉(zhuǎn)化為KHCO
3,停止放電,寫出負(fù)極的電極反應(yīng)式
。