18.煤是重要的化石燃料和化工原料,有關煤的綜合利用得到廣泛深入的研究。其中煤的氣化是煤的綜合利用的重要途徑。
I.煤的催化氣化生成CO,主要反應為:①C(s)+CO
2(g)?2CO(g)△H
堿金屬催化劑顯示出了優(yōu)越的催化性能。Mckee和Chatterji在1975年提出了由堿金屬的氧化還原循環(huán)的氧傳遞機理:
②K
2CO
3(s)+2C(s)?2K(g)+3CO(g)△H
1=+899.4kJ?mol
-1③2K(g)+CO
2(g)?K
2O(s)+CO(g)△H
2=-98.4kJ?mol
-1④K
2O(s)+CO
2(g)?K
2CO
3(s)△H
3=-456.0kJ?mol
-1(1)由此計算△H=
(2)在2L的密閉容器中進行投入1molC和3molCO
2催化劑作用下發(fā)生反應①,CO的物質的量分數(shù)φ(CO)/%隨溫度和壓強的變化曲線如圖,根據(jù)圖象回答下列問題:
①若在900℃,壓力為P
3條件下反應經過10min達到平衡,則0~10min內的反應速率v(CO)為
。
②該可逆反應達到平衡的標志是
。
A.v(CO
2)
正=2v(CO)
逆B.CO
2和CO的濃度之比為1:2
C.容器內的總壓強不再隨時間而變化
D.混合氣體的密度不再隨時間變化
③圖中壓強(P
1、P
2、P
3、P
4)的大小順序為:
。其判斷的理由是
。
④可逆反應的平衡常數(shù)可以用平衡濃度計算,也可以用平衡分壓代替平衡濃度計算(分壓=總壓×物質的量分數(shù))。反應①在圖中A點的總壓強為1MPa,列式計算A點的平衡常數(shù)K
p=
。
II.煤氣的甲烷化是煤綜合利用的重要方法。其基本反應為:
反應①:CO(g)+3H
2(g)?CH
4(g)+H
2O(g)△H=-219.3kJ?mol
-1反應生成的水與CO發(fā)生反應:
反應②:CO(g)+H
2O(g)?CO
2(g)+H
2(g)△H=-38.4kJ?mol
-1離開反應器的混合氣體的組成取決于原料氣的組成、壓強和溫度,圖2表示
比為3.8時二氧化碳含量對合成氣轉化達到平衡的影響。
由圖象可知,隨離開反應器的混合氣體中二氧化碳的含量增加,達到平衡時甲烷的量
(填“增大”、“減小”或“不變”,下同),其原因為
。