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(guān)重要。請(qǐng)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(guān)數(shù)據(jù)如圖所示。

①有關(guān)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(chǎn)中，當(dāng)溫度為T2時(shí)，壓強(qiáng)越高，經(jīng)濟(jì)效益越好

②圖2中A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝__(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

（2）煤生產(chǎn)水煤氣和半水煤氣。

①工業(yè)上用煤生產(chǎn)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(yīng)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(yīng)CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g) ΔH＜0中CO和CO2的濃度隨時(shí)間發(fā)生變化的曲線，則t2時(shí)刻改變的條件可能是___(寫出1種即可)。若t4時(shí)刻通過改變?nèi)莘e的方法將壓強(qiáng)增大為原來的2倍，在圖中t4～t5區(qū)間內(nèi)畫出CO、CO2濃度變化曲線，并標(biāo)明物質(zhì)名稱(假設(shè)各物質(zhì)狀態(tài)均保持不變)。___

Answer 1

【答案】abc 前者是吸熱反應(yīng)，通入空氣后發(fā)生的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，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(yīng)；

b．升溫碳轉(zhuǎn)化率減小說明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；

c．升溫碳轉(zhuǎn)化率減小說明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；

d．工業(yè)生產(chǎn)中，當(dāng)溫度為T2 時(shí)，碳轉(zhuǎn)化率已經(jīng)較大，增大壓強(qiáng)對(duì)轉(zhuǎn)化率影響不大；

②A點(diǎn)壓強(qiáng)4.5MPa，碳的轉(zhuǎn)化率50%，結(jié)合三行計(jì)算列式得到平衡狀態(tài)下氣體物質(zhì)的量，用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算平衡常數(shù)，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)；

（2）①發(fā)生的反應(yīng)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(yīng)，后者為放熱反應(yīng)，通入空氣的目的是維持熱量平衡；

②由圖可知，t2時(shí)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(yīng)方向移動(dòng)，結(jié)合平衡移動(dòng)原理與反應(yīng)特點(diǎn)分析解答，CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g）反應(yīng)為氣體體積不變的反應(yīng)，若t4 時(shí)刻通過改變?nèi)莘e的方法將壓強(qiáng)增大為原來的2 倍，反應(yīng)速率增大，平衡不移動(dòng)，據(jù)此畫出圖像。

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

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

c．升溫碳轉(zhuǎn)化率減小說明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH＜0 ，故 c正確；

d．工業(yè)生產(chǎn)中，當(dāng)溫度為T2 時(shí)，碳轉(zhuǎn)化率已經(jīng)較大，增大壓強(qiáng)對(duì)轉(zhuǎn)化率影響不大，壓強(qiáng)越高，需要設(shè)備材料承受能力越高，不能提高經(jīng)濟(jì)效益，故d錯(cuò)誤；

故選abc；

②A點(diǎn)壓強(qiáng)4.5MPa，碳的轉(zhuǎn)化率50%，結(jié)合三行計(jì)算列式得到平衡狀態(tài)下氣體物質(zhì)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(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)Kp= =；

（2）①發(fā)生的反應(yīng)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(yīng)，通入空氣后發(fā)生的是放熱反應(yīng)，可維持體系的熱平衡；

②由圖可知，t2時(shí)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(yīng)方向移動(dòng)，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，可降低溫度使平衡正向進(jìn)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(yīng)方向移動(dòng)，CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g）反應(yīng)為氣體體積不變的反應(yīng)，若t4 時(shí)刻通過改變?nèi)莘e的方法將壓強(qiáng)增大為原來的2 倍，反應(yīng)速率增大，平衡不移動(dòng)，瞬時(shí)CO、CO2的濃度都變?yōu)?/span>2倍，則圖中t4～t5區(qū)間內(nèi)CO、CO2濃度變化曲線為：。