Question

【題目】煤炭屬于不可再生資源，高效、清潔地利用煤炭資源至關重要。請回答下列問題：

（1）煤的干餾。煤的干餾反應中△S_____0(填“>”“<”或“=”)。

（2）煤的液化。原理是C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) △H= akJ/mol；CO(g)+2H2(g)CH3OH(l) △H=bkJ/mol。則反應C(s)+ H2O(g)+H2(g)CH3OH(l) 的△H=______kJ/mol。

（3）煤的氣化。原理是C(s) +2H2(g)CH4(g) △H。在1L密閉容器中投入1mol碳，并充入2 mol H2，測得相關數據如圖所示。

①有關圖1、圖2 的說法正確的有______(填標號)。

a.氫氣的反應速率v(Z) >v(X) >v(Y)

b.T1<1000K

c.平衡常數K(X)=K(Y) >K(Z)

d.工業生產中，當溫度為T2 時，壓強越高，經濟效益越好

②圖2 中A 點對應的平衡常數Kp=_______(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數)。

(4)煤生產水煤氣和半水煤氣。

①工業上用煤生產作為合成氨原料氣的水煤氣，要求氣體中(CO + H2) 與N2的體積之比為3.1-3.2，發生的反應有C(s)+H2O(g)CO(g) +H2(g).C(s) +1/2O2(g)CO(g)。從能量角度考慮，通入空氣的目的是__________。

②如圖3是反應CO(g) +H2O(g) H2(g)+ CO2(g) △H<0 中CO 和CO2的濃度隨時間發生變化的曲線，則t2時刻改變的條件可能是_______(寫出1種即可)。若t4 時刻通過改變容積的方法將壓強增大為原來的2 倍，在圖中t4~t5區間內畫出CO、CO2濃度變化曲線，并標明物質(假設各物質狀態均保持不變)。________

Answer 1

【答案】 > (a+b) abc 1/6 前者是吸熱反應，通入空氣后發生的是放熱反應，可維持體系的熱平衡 降低溫度(或增大水蒸氣的量，減少氫氣的量)

【解析】(1)煤的干餾反應中生成了各種氣體和液體，屬于熵增加的反應，△S＞0，故答案為：＞；

(2)①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) △H=akJ/mol；②CO(g)+2H2(g)CH3OH(l) △H=bkJ/mol，根據蓋斯定律，將①+②得：C(s)+H2O(g)+H2(g)CH3OH(l) △H=(akJ/mol)+(bkJ/mol)= (a+b) kJ/mol，故答案為：a+b；

(3)①根據C(s)+2H2(g)CH4(g)，增大壓強，平衡正向移動，因此壓強越大，碳的轉化率越高，因此P1＜6MPa，根據圖1，升高溫度，碳的轉化率減小，說明平衡逆向移動，因此△H＜0。a.溫度越高，壓強越大，反應速率越快，氫氣的反應速率v(Z)>v(X)>v(Y)，正確；b.根據圖2，T1時碳的轉化率大于1000K，根據△H＜0，溫度越高，碳的轉化率越低，因此T1＜1000K，正確；c.溫度不變，平衡常數不變，平衡常數K(X)=K(Y)，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數減小，因此平衡常數K(X)=K(Y)>K(Z)，正確；d.壓強越高，對設備的要求越高，會大大的增加成本，經濟效益反而減小，錯誤；故選abc；

②圖2中A點對應的碳的轉化率為50%,壓強為4.5MPa。

C(s)+2H2(g)CH4(g)

起始(mol) 1 2 0

反應(mol) 0.5 1 0.5

平衡(mol) 1 0.5

物質的量分數

平衡常數Kp==，故答案為：；

(4)①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)是吸熱反應，通入空氣后發生C(s)+1/2O2(g)CO(g)，高反應為放熱反應，可維持體系的熱平衡，因此工業上用煤生產作為合成氨原料氣的水煤氣，故答案為：前者是吸熱反應，通入空氣后發生的是放熱反應，可維持體系的熱平衡；

②在t2時刻CO的濃度減小、CO2濃度增大，平衡向正反應方向移動，且CO和CO2濃度變化有接觸點，所以可以通過改變降低溫度、增大水蒸氣的量或減少氫氣的量實現；t4時刻通過改變容積的方法將壓強增大為原先的兩倍，則體積變為原來的一半，故濃度分別增大為原來的2倍，又反應前后氣體系數相等，平衡不移動，所以圖像僅僅是濃度分別變為原來的2倍并且保持不變，如圖為，故答案為：降低溫度；增加水蒸氣的量；。