Question

煤间接液化是煤化工的一种重要方法：首先将原料煤与氧气、水蒸汽反应将煤全部气化，制得的粗煤气经变换、脱硫、脱碳制成洁净的合成气（CO+H₂），然后合成气在催化剂作用下发生合成反应生成烃类，如：[nCO+（2n+1）H₂=C_nH_2n+2+nH₂O]；或者合成醇类，如合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．等等．
（1）若以庚烷作为汽油的代表物，则只生成庚烷时，原合成气中CO和H₂的最佳体积比为

 

，此时该合成反应的原子利用率为

 

．[原子利用率=（预期产物的相对分子质量/全部生成物的相对分子质量总和）×100%]
（2）若以合成气合成甲醇，回答下列问题：
如图是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线．
①该反应的焓变△H

 

Q（填“＞”、“＜”或“=”）．
②T₁和T₂温度下的平衡常数大小关系是K₁

 

K₂（填“＞”、“＜”或“=”）．
③若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是

 

．
a．升高温度
b．将CH₃OH（g）从体系中分离
c．使用合适的催化剂
d．充入He，使体系总压强增大
④已知在常温常压下：
a．2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H₁=-a kJ?mol^-1
b．2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-b kJ?mol^-1
c．H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）；△H₃=-ckJ/mol
则，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=

 

kJ?mol^-1．
（3）工业上还可以以合成气为原料通过下述过程制取尿素等化肥（反应方程式均未配平）
CO+H₂O（g）→CO₂+H₂   N₂+H₂→NH₃   CO₂+NH₃→CO（NH₂）₂+H₂O
则生产尿素时，要使合成气中CO、H₂的理论利用率最大，则原合成气中CO和H₂的物质的量之比应为

 

．

Answer 1

考点：转化率随温度、压强的变化曲线,用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡的影响因素

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）根据合成烃的反应方程式nCO+（2n+1）H₂=C_nH_2n+2+nH₂O可判断CO和H₂的最佳体积比和原子利用率；
（2）根据图象先拐先平数值大可知，T1＜T2，升温平衡向吸热方向移动；
（3）根据CO+H₂O（g）→CO₂+H₂ N₂+H₂→NH₃ CO₂+NH₃→CO（NH₂）₂+H₂O，可知CO（NH₂）₂中C与H的比例为1：2．

解答： 解：（1）根据合成烃的反应方程式nCO+（2n+1）H₂=C_nH_2n+2+nH₂O，生成庚烷，CO和H₂的最佳体积比为7：15，该合成反应的原子利用率为

预期产物的相对分子质量

全部生成物的相对分子质量总和

×100%=

100

226

×100%=44.2%，故答案为：7：15；44.2%；
（2）①根据图象先拐先平数值大可知，T1＜T2，温度越高，CO的转化率越低，说明温度升高平衡向生成CO的方向移动，升温平衡向吸热方向移动，故正反应为放热反应，△H＜0，故答案为：＜；
②升温，平衡逆向移动，平衡常数减小，故K₁＞K₂，故答案为：＞；
③平衡正向移动，甲醇的产率增大，
a．升高温度，平衡逆向移动，甲醇产率减小，故a错误；
b．将CH₃OH（g）从体系中分离，平衡正向移动，甲醇产率增大，故b正确；
c．使用合适的催化剂，平衡不移动，甲醇产率不变，故c错误；
d．充入He，使体系总压强增大，恒容容器内，组分浓度不变，平衡不移动，甲醇产率不变，故d错误；
故答案为：b；
④根据盖斯定律a．2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H₁=-a kJ?mol^-1
b．2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-b kJ?mol^-1
c．H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）；△H₃=-ckJ/mol
则反应

b-a+4c

2

得到反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g） 故△H=

-(b-a+4c)

2

KJ?mol^-1，
故答案为：-（b-a+4c）；
（3）根据CO+H₂O（g）→CO₂+H₂ N₂+H₂→NH₃ CO₂+NH₃→CO（NH₂）₂+H₂O，可知CO（NH₂）₂中C与H的比例为1：2，故CO和H₂的物质的量之比应为1：2，
故答案为：1：2．

点评：本题考查了平衡移动影响因素、盖斯定律的应用、图象的分析等知识点，难度中等，很好的考查了学生的分析问题、解决问题的能力．