Question

2．我國(guó)煤炭資源比石油和天然氣資源豐富，煤的綜合利用主要是指煤的氣化和液化．回答下列問(wèn)題：
（1）煤的主要成分為碳?xì)浠�合物，若用CH代表煤的“分子式”，寫(xiě)出煤與水蒸氣生成水煤氣的化學(xué)方程式：2CH+2H₂O（g）$\stackrel{高溫}{→}$2CO+3H₂．
（2）已知：
煤炭在氧氣氛圍中氣化  2CH（s）+O₂（g）=2CO（g）+H₂（g）△H1
氣化后的氣體合成甲醇  CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H2
甲醇制備丙烯的反應(yīng)    3CH₃OH（g）=C₃H₆（g）+3H₂O（g）△H3
則煤在氧氣氛圍中反應(yīng)直接生成丙烯、水蒸氣和CO的熱化學(xué)方程式為12CH（s）+6O₂（g）═C₃H₆（g）+3H₂O（g）+9CO（g）△H=6△H₁+3△H₂+△H₃．
（3）科研小組利用某恒容密閉容器進(jìn)行CO和H₂合成甲醇的探究．若容器容積為VL，加入CO和H₂的物質(zhì)的量之比為1：2，在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
如圖為反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系：
①上述CO和H₂合成甲醇的反應(yīng)為放熱（填“放熱”或“吸熱”）反應(yīng)，圖象中壓強(qiáng)（ p_l，p₂，p₃）的大小順序?yàn)镻₁＜P₂＜P₃．
②溫度為100℃時(shí)，加入n mol CO與2n mo1H₂，達(dá)到平衡時(shí)壓強(qiáng)為p_l，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{{V}^{2}}{{n}^{2}}$（用含n、V的式子表示）；在溫度不變的條件下，向該容器中再加人n mol CO與2n mo1H₂，再次達(dá)到平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率增大（填“增大”、“減小”或“不變”）．
③如果要提高CO的轉(zhuǎn)化率，除改變溫度、壓強(qiáng)外，還可以采取的措施有加入氫氣、分離出產(chǎn)物甲醇．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)原子守恒法書(shū)寫(xiě)反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算，書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式；
（3）①?gòu)膱D中可以分析得到溫度越高，CO的轉(zhuǎn)化率降低；
在相同的溫度時(shí)，壓強(qiáng)越大，CO轉(zhuǎn)化率越大；
②根據(jù)平衡三段式計(jì)算出平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積進(jìn)行計(jì)算；
在溫度不變的條件下，向該容器中再加人nmolCO與2n mo1H₂，相當(dāng)增大壓強(qiáng)，平衡向氣體分子數(shù)減小的方向移動(dòng)；
③提高CO的轉(zhuǎn)化率，即平衡正向移動(dòng)，可采取的措施有：增大另一只反應(yīng)物的濃度、減小生成物濃度等．

解答 解：（1）煤與水蒸氣生成水煤氣的化學(xué)方程式為：2CH+2H₂O（g）$\stackrel{高溫}{→}$ 2CO+3H₂，
故答案為：2CH+2H₂O（g）$\stackrel{高溫}{→}$ 2CO+3H₂；
（2）①2CH（s）+O₂（g）=2CO（g）+H₂（g）△H1
②CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H2
③3CH₃OH（g）=C₃H₆（g）+3H₂O（g）△H3
①×6+②×3+③得，12CH（s）+6O₂（g）═C₃H₆（g）+3H₂O（g）+9CO（g）△H=6△H₁+3△H₂+△H₃，
故答案為：12CH（s）+6O₂（g）═C₃H₆（g）+3H₂O（g）+9CO（g）△H=6△H₁+3△H₂+△H₃；
（3）①?gòu)膱D中可以分析得到溫度越高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，平衡逆向移動(dòng)，故正反應(yīng)方向是放熱的；
在相同的溫度時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率不同，壓強(qiáng)越大轉(zhuǎn)化率越大，故P₁＜P₂＜P₃；
故答案為：放熱，P₁＜P₂＜P₃；
②容器容積為VL，反應(yīng)壓強(qiáng)為p_l時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為0.5，
       CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始時(shí)  n mol    2n mo1
轉(zhuǎn)化   0.5n mol  n mo1    0.5n mol
平衡時(shí) 0.5n mol  n mo1    0.5n mol
c（CH₃OH）=$\frac{0.5n}{V}$mol/L，c（H₂）=$\frac{n}{V}$mol/L，c（CO）=$\frac{0.5n}{V}$mol/L，
故平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{2}（{H}_{2}）c（CO）}$=$\frac{\frac{0.5n}{V}}{\frac{n}{V}×\frac{n}{V}×\frac{0.5n}{V}}$=$\frac{{V}^{2}}{{n}^{2}}$，
在溫度不變的條件下，向該容器中再加人nmolCO與2nmo1H₂，相當(dāng)于在原有的基礎(chǔ)上把容器的體積縮小為原來(lái)的一半，壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)物CO的轉(zhuǎn)化率增大，
故答案為：$\frac{{V}^{2}}{{n}^{2}}$，增大；
③提高CO的轉(zhuǎn)化率，即平衡正向移動(dòng)，可采取的措施有：加入氫氣、分離出產(chǎn)物甲醇等，
故答案為：加入氫氣、分離出產(chǎn)物甲醇．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)、蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡移動(dòng)原理及平衡常數(shù)的計(jì)算等，濃度中等．要注意平衡三段式的運(yùn)用是解題的關(guān)鍵．