Question

煤炭是重要的化工原料，但属于不可再生能源，高效、清洁地利用煤炭资源至关重要。请回答下列问题：

（1）煤的气化。原理是C(s)＋2H₂(g)CH₄(g)  ΔH。

在1L密闭容器中投入1mol碳，并充入2molH₂，测得相关数据如图所示。

①有关图1、图2的说法正确的有___(填字母)。

a.p₁＜6MPa       b.T₁＜1000K

c.ΔH＜0          d.工业生产中，当温度为T₂时，压强越高，经济效益越好

②图2中A点对应的平衡常数K_p＝__(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。

（2）煤生产水煤气和半水煤气。

①工业上用煤生产作为合成氨原料气的水煤气，要求气体中(CO＋H₂)与N₂的体积之比为3.1～3.2，发生的反应有C(s)＋H₂O(g)CO(g)＋H₂(g)，C(s)＋O₂(g)CO(g)。从能量角度考虑，通入空气的目的是___。

②如图是反应CO(g)＋H₂O(g)H₂(g)＋CO₂(g)  ΔH＜0中CO和CO₂的浓度随时间发生变化的曲线，则t₂时刻改变的条件可能是___(写出1种即可)。若t₄时刻通过改变容积的方法将压强增大为原来的2倍，在图中t₄～t₅区间内画出CO、CO₂浓度变化曲线，并标明物质名称(假设各物质状态均保持不变)。___

Answer

abc 前者是吸热反应，通入空气后发生的反应是放热反应，可维持体系的热量平衡 降低温度(或增大水蒸气的量、减少氢气的量)

【解析】

（1）a.由C(s)＋2H2(g)CH4(g)，是气体体积减小的反应；

b．升温碳转化率减小说明正反应为放热反应；

c．升温碳转化率减小说明正反应为放热反应；

d．工业生产中，当温度为T2 时，碳转化率已经较大，增大压强对转化率影响不大；

②A点压强4.5MPa，碳的转化率50%，结合三行计算列式得到平衡状态下气体物质的量，用平衡分压代替平衡浓度计算平衡常数，分压=总压×物质的量分数；

（2）①发生的反应有C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g），C（s）+O2（g）CO（g），从能量角度考虑，前者为吸热反应，后者为放热反应，通入空气的目的是维持热量平衡；

②由图可知，t2时刻后二氧化碳浓度增大，一氧化碳浓度减小，改变条件，平衡向正反应方向移动，结合平衡移动原理与反应特点分析解答，CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g）反应为气体体积不变的反应，若t4 时刻通过改变容积的方法将压强增大为原来的2 倍，反应速率增大，平衡不移动，据此画出图像。

（1）a.由C(s)＋2H2(g)CH4(g)，是气体体积减小的反应，温度相同时，压强越大，碳的转化率越高，p1＜6MPa ，故a正确；

b．升温碳转化率减小说明正反应为放热反应，T1状态下碳转化率大，说明T1＜1000K，故b正确；

c．升温碳转化率减小说明正反应为放热反应，ΔH＜0 ，故 c正确；

d．工业生产中，当温度为T2 时，碳转化率已经较大，增大压强对转化率影响不大，压强越高，需要设备材料承受能力越高，不能提高经济效益，故d错误；

故选abc；

②A点压强4.5MPa，碳的转化率50%，结合三行计算列式得到平衡状态下气体物质的量，在1L密闭容器中投入1mol碳，并充入2 mol H2，

C（s）+2H2（g）CH4（g）

起始量（mol） 1 2 0

变化量（mol）0.5 1 0.5

平衡量（mol）0.5 1 0.5

A 点对应的平衡常数Kp= =；

（2）①发生的反应有C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g），C（s）+O2（g）CO（g），从能量角度考虑，通入空气的目的是：前者是吸热反应，通入空气后发生的是放热反应，可维持体系的热平衡；

②由图可知，t2时刻后二氧化碳浓度增大，一氧化碳浓度减小，改变条件，平衡向正反应方向移动，反应是放热反应，可降低温度使平衡正向进行，或降低氢气的浓度或增大水蒸气的浓度，使平衡向正反应方向移动，CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g）反应为气体体积不变的反应，若t4 时刻通过改变容积的方法将压强增大为原来的2 倍，反应速率增大，平衡不移动，瞬时CO、CO2的浓度都变为2倍，则图中t4～t5区间内CO、CO2浓度变化曲线为：。