Question

【题目】煤的气化主要反应是煤中碳与水蒸气反应生成CO、H2等。回答下列问题：

（1）CO与H2分别与O2都可以设计成燃料电池。CO与O2设计成燃料电池（以熔融碳酸盐为电解质）负极的电极反应为：______________；

（2）在煤的气化获得的化工原料气中含有少量羰基硫（COS），能引起催化剂中毒、大气污染等。COS的电子式为___________；羰基硫与烧碱溶液反应生成水喝两种正盐的离子方程式为：__________；羰基硫的脱硫常用两种方法，其反应式分别为：

①氢解反应：COS(g) + H2(g) = H2S(g) + CO(g) ΔH1 =+7kJ/mol

②水解反应：COS(g) + H2O(g) = H2S(g) + CO2(g) ΔH2

已知反应中相关的化学键键能数据如下：

化学键	C=O(CO2)	C=O(COS)	C=S	H-S	H-O
键能（kJ/mol）	803	742	577	339	465

则ΔH2 =____________kJ/mol。

（3）脱硫处理后的CO和H2在催化剂作用下合成甲醇：

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2 =-90.14kJ/mol。该反应能自发的理由是_______

①一定温度下，在两个容积都为为VL的恒容莫比容器中，按如下方式加入反应物，一段时间后达到平衡：

容器	甲	乙
反应物投入量	1molCO2、3molH2	a molCO2、3a molH2、 n molCH3OH(g)、n molH2O(g)

若甲中平衡后气体的压强为开始的0.8倍，要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持化学反应向逆反应方向进行，则n的取值范围为_____________；

②甲容器保持恒容，欲增大H2的平衡转化率，可采取的措施有：________（答两点即可）

Answer 1

【答案】（1）CO+CO32-― 2e－=2CO2

（2） COS+4OH―=S2―+CO32―+2H2O－35

（3）该反应是焓减、熵减反应，低温时自发①0.4＜n≤1 ②增大CO的投入量、分离出甲醇、适当降温 （答两点即可）

【解析】(1)燃料电池通O2的极为正极，通CO的极为负极，发生氧化反应，其电极反应为CO+CO32-― 2e－=2CO2；

(2)COS与CO2为等电子体，其结构相似，则其电子式为；羰基硫与烧碱溶液反应生成Na2S和Na2CO3，反应的离子方程式为：COS+4OH―=S2―+CO32―+2H2O ；COS(g)+H2O(g)═H2S(g)+CO2(g)的ΔH2 =(742+577+465×2)kJ/mol-(339×2+803×2)kJ/mol= -35kJ/mol；

(3)反应CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2＜0，ΔS＜0，则根据ΔG=ΔH2-TΔS，只有低温时ΔG＜0，反应才能自发进行；

①利用三段式，根据等效平衡的思想可知设平衡时二氧化碳转化了xmol，

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)，

开始1(mol)：1 3 0 0

变化1(mol)：x 3x x x

平衡1(mol)：1-x 3-3x x x

开始2 a 3a n n

则由题意可知：=0.8，解得x=0.4，

根据恒温恒容条件下的等效平衡的思想则有开始1和开始2为完全等效，即a+n

=1，要使反应始终向逆向进行，则n＞x，故n的范围为小于等于1大于0.4，即： 0.4＜n≤1；

②甲容器保持恒容，欲增大H2的平衡转化率，通常需要促进平衡正向移动，即增大CO2的浓度或降低温度均可增大H2的平衡转化率。