Question

煤炭属于不可再生资源，高效、清洁地利用煤炭资源至关重要。请回答下列问题：

（1）煤的干馏。煤的干馏反应中△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。则反应C(s)+ H₂O(g)+H₂(g)CH₃OH(l) 的△H=______kJ/mol。

（3）煤的气化。原理是C(s) +2H₂(g)CH₄(g) △H。在1L密闭容器中投入1mol碳，并充入2 mol H₂，测得相关数据如图所示。

①有关图1、图2 的说法正确的有______(填标号)。

a.氢气的反应速率v(Z) >v(X) >v(Y)

b.T₁<1000K

c.平衡常数K(X)=K(Y) >K(Z)

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)。

(4)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) +1/2O₂(g)CO(g)。从能量角度考虑，通入空气的目的是__________。

②如图3是反应CO(g) +H₂O(g) H₂(g)+ CO₂(g)   △H<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(假设各物质状态均保持不变)。________

Answer

> (a+b) abc 1/6 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 降低温度(或增大水蒸气的量，减少氢气的量)

【解析】(1)煤的干馏反应中生成了各种气体和液体，属于熵增加的反应，△S＞0，故答案为：＞；

(2)①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) △H= akJ/mol；②CO(g)+2H2(g)CH3OH(l) △H=bkJ/mol，根据盖斯定律，将①+②得：C(s)+ H2O(g)+H2(g)CH3OH(l) △H=(akJ/mol)+(bkJ/mol)= (a+b) kJ/mol，故答案为：a+b；

(3)①根据C(s) +2H2(g)CH4(g) ，增大压强，平衡正向移动，因此压强越大，碳的转化率越高，因此P1＜6MPa，根据图1，升高温度，碳的转化率减小，说明平衡逆向移动，因此△H＜0。a.温度越高，压强越大，反应速率越快，氢气的反应速率v(Z) >v(X) >v(Y)，正确；b.根据图2，T1时碳的转化率大于1000K，根据△H＜0，温度越高，碳的转化率越低，因此T1＜1000K，正确；c.温度不变，平衡常数不变，平衡常数K(X)=K(Y)，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，因此平衡常数K(X)=K(Y) >K(Z)，正确；d.压强越高，对设备的要求越高，会大大的增加成本，经济效益反而减小，错误；故选abc；

②图2 中A 点对应的碳的转化率为50%,压强为4.5MPa。

C(s) +2H2(g)CH4(g) 

起始(mol) 1 2 0

反应(mol) 0.5 1 0.5

平衡(mol) 1 0.5

物质的量分数

平衡常数Kp==，故答案为：；

(4)①C(s)+H2O(g)CO(g) +H2(g)是吸热反应，通入空气后发生C(s) +1/2O2(g)CO(g)，高反应为放热反应，可维持体系的热平衡，因此工业上用煤生产作为合成氨原料气的水煤气，故答案为：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在t2时刻CO的浓度减小、CO2浓度增大，平衡向正反应方向移动，且CO和CO2浓度变化有接触点，所以可以通过改变降低温度、增大水蒸气的量或减少氢气的量实现；t4时刻通过改变容积的方法将压强增大为原先的两倍，则体积变为原来的一半，故浓度分别增大为原来的2倍，又反应前后气体系数相等，平衡不移动，所以图像仅仅是浓度分别变为原来的2倍并且保持不变，如图为，故答案为：降低温度；增加水蒸气的量；。