Question

【題目】煤炭是重要的化工原料，但屬于不可再生能源，高效、清潔地利用煤炭資源至關重要。請回答下列問題：

（1）煤的氣化。原理是C(s)＋2H2(g)CH4(g) ΔH。

在1L密閉容器中投入1mol碳，并充入2molH2，測得相關數據如圖所示。

①有關圖1、圖2的說法正確的有___(填字母)。

a.p1＜6MPa b.T1＜1000K

c.ΔH＜0 d.工業(yè)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)。

（2）煤生產水煤氣和半水煤氣。

①工業(yè)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(fā)生的反應有C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，C(s)＋O2(g)CO(g)。從能量角度考慮，通入空氣的目的是___。

②如圖是反應CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g) ΔH＜0中CO和CO2的濃度隨時間發(fā)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(qū)間內畫出CO、CO2濃度變化曲線，并標明物質名稱(假設各物質狀態(tài)均保持不變)。___

Answer 1

【答案】abc 前者是吸熱反應，通入空氣后發(fā)生的反應是放熱反應，可維持體系的熱量平衡 降低溫度(或增大水蒸氣的量、減少氫氣的量)

【解析】

（1）a.由C(s)＋2H2(g)CH4(g)，是氣體體積減小的反應；

b．升溫碳轉化率減小說明正反應為放熱反應；

c．升溫碳轉化率減小說明正反應為放熱反應；

d．工業(yè)生產中，當溫度為T2 時，碳轉化率已經較大，增大壓強對轉化率影響不大；

②A點壓強4.5MPa，碳的轉化率50%，結合三行計算列式得到平衡狀態(tài)下氣體物質的量，用平衡分壓代替平衡濃度計算平衡常數，分壓=總壓×物質的量分數；

（2）①發(fā)生的反應有C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g），C（s）+O2（g）CO（g），從能量角度考慮，前者為吸熱反應，后者為放熱反應，通入空氣的目的是維持熱量平衡；

②由圖可知，t2時刻后二氧化碳濃度增大，一氧化碳濃度減小，改變條件，平衡向正反應方向移動，結合平衡移動原理與反應特點分析解答，CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g）反應為氣體體積不變的反應，若t4 時刻通過改變容積的方法將壓強增大為原來的2 倍，反應速率增大，平衡不移動，據此畫出圖像。

（1）a.由C(s)＋2H2(g)CH4(g)，是氣體體積減小的反應，溫度相同時，壓強越大，碳的轉化率越高，p1＜6MPa ，故a正確；

b．升溫碳轉化率減小說明正反應為放熱反應，T1狀態(tài)下碳轉化率大，說明T1＜1000K，故b正確；

c．升溫碳轉化率減小說明正反應為放熱反應，ΔH＜0 ，故 c正確；

d．工業(yè)生產中，當溫度為T2 時，碳轉化率已經較大，增大壓強對轉化率影響不大，壓強越高，需要設備材料承受能力越高，不能提高經濟效益，故d錯誤；

故選abc；

②A點壓強4.5MPa，碳的轉化率50%，結合三行計算列式得到平衡狀態(tài)下氣體物質的量，在1L密閉容器中投入1mol碳，并充入2 mol H2，

C（s）+2H2（g）CH4（g）

起始量（mol） 1 2 0

變化量（mol）0.5 1 0.5

平衡量（mol）0.5 1 0.5

A 點對應的平衡常數Kp= =；

（2）①發(fā)生的反應有C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g），C（s）+O2（g）CO（g），從能量角度考慮，通入空氣的目的是：前者是吸熱反應，通入空氣后發(fā)生的是放熱反應，可維持體系的熱平衡；

②由圖可知，t2時刻后二氧化碳濃度增大，一氧化碳濃度減小，改變條件，平衡向正反應方向移動，反應是放熱反應，可降低溫度使平衡正向進行，或降低氫氣的濃度或增大水蒸氣的濃度，使平衡向正反應方向移動，CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g）反應為氣體體積不變的反應，若t4 時刻通過改變容積的方法將壓強增大為原來的2 倍，反應速率增大，平衡不移動，瞬時CO、CO2的濃度都變?yōu)?/span>2倍，則圖中t4～t5區(qū)間內CO、CO2濃度變化曲線為：。