Question

煤的气化和液化可实现煤的综合利用，提高煤的利用价值。煤的间接液化是指以煤为原料，先气化(主要以水作气化剂)制成合成气，然后再通过一系列作用将合成气转化成烃类燃料、醇类燃料和化学品的过程。

Ⅰ．煤的气化

煤与水蒸气发生反应生成水煤气的反应为：C(s)+H₂O(g)CO(g)+H₂(g)。

(1)一定温度下，在一个恒容的密闭容器中，加入足量的炭粉(体积忽略不计)与10 mol的水蒸气发生上述反应，下列叙述能说明该反应一定达到化学平衡状态的是______(填字母序号)。

A．v(H₂O)=v(H₂)时

B．容器内气体的密度不再随时间改变而变化

C．形成1 mol H-O键的同时，形成1 mol H-H键

D．容器内气体的平均摩尔质量不再随时间改变而变化

Ⅱ．合成气的液化

将产生的CO与H₂的混合气体，通过反应CO(g)+H₂(g)→X(未配平，该反应为放热反应)合成X，是煤的液化的常用方法。

(2)图中能够正确表示上述反应的能量变化的图像是______(填“A”或“B”)。

(3)将等物质的量的CO和H₂分别充入一个2 L的密闭容器内，在一定条件下发生上述反应，反应过程中各物质的转化关如图。

①该反应的方程式为______（注：X要用具体的分子式或结构简式表示）。

②该反应前5 min内用H₂表示的平均反应速率v(H₂)=______mol/(L·min)。

Answer

BD A CO(g)+2H2(g)CH3OH(l) 0.4

【解析】

(1) A．未指明反应速率是正反应速率还是逆反应速率，无法判断正反应速率是否等于逆反应速率，因此不能确定是否为平衡状态，A错误；

B．反应物C是固体，反应发生使气体的质量增加，容器的容积不变，若容器内气体的密度不再随时间改变而变化，说明反应达到了平衡状态，B正确；

C．形成2 mol H-O键的同时会断裂1 mol H-H键，形成1 mol H-O键的同时会消耗0.5 mol H-H键，而同时又形成1 mol H-H键，说明正反应速率不等于逆反应速率，反应未达到平衡，C错误；

D．若容器内气体的平均摩尔质量不再随时间改变而变化，说明气体的质量不变，气体的物质的量不变，反应达到平衡状态，D正确；

故合理选项是BD；

(2)由于CO与H2反应生成X的反应是放热反应，说明反应物CO与H2的能量比生成物X的能量高，则能够表示该反应的能量变化的图示是A；

(3)①在5 min内CO变化的物质的量是2 mol，H2变化的物质的量是4 mol，X变化的物质的量为2 mol，△n(CO)：△n(H2)：△n(X)=1：2：1，由于物质反应的物质的量的比等于方程式中相应物质的化学计量数的比，根据质量守恒定律，可知X分子式是CH3OH或CH4O，5 min后各种物质都存在，且它们的物质的量不变，说明反应为可逆反应，故该反应方程式为：CO(g)+2H2(g)CH3OH(l)；

②该反应前5 min内用H2表示的平均反应速率v(H2)==0.4 mol/(L·min)。