Question

2．我国煤炭资源比石油和天然气资源丰富，煤的综合利用主要是指煤的气化和液化．回答下列问题：
（1）煤的主要成分为碳氢化合物，若用CH代表煤的“分子式”，写出煤与水蒸气生成水煤气的化学方程式：2CH+2H₂O（g）$\stackrel{高温}{→}$2CO+3H₂．
（2）已知：
煤炭在氧气氛围中气化  2CH（s）+O₂（g）=2CO（g）+H₂（g）△H1
气化后的气体合成甲醇  CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H2
甲醇制备丙烯的反应    3CH₃OH（g）=C₃H₆（g）+3H₂O（g）△H3
则煤在氧气氛围中反应直接生成丙烯、水蒸气和CO的热化学方程式为12CH（s）+6O₂（g）═C₃H₆（g）+3H₂O（g）+9CO（g）△H=6△H₁+3△H₂+△H₃．
（3）科研小组利用某恒容密闭容器进行CO和H₂合成甲醇的探究．若容器容积为VL，加入CO和H₂的物质的量之比为1：2，在催化剂的作用下发生反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
如图为反应达到平衡时CO的转化率与温度、压强的关系：
①上述CO和H₂合成甲醇的反应为放热（填“放热”或“吸热”）反应，图象中压强（ p_l，p₂，p₃）的大小顺序为P₁＜P₂＜P₃．
②温度为100℃时，加入n mol CO与2n mo1H₂，达到平衡时压强为p_l，则该反应的平衡常数K=$\frac{{V}^{2}}{{n}^{2}}$（用含n、V的式子表示）；在温度不变的条件下，向该容器中再加人n mol CO与2n mo1H₂，再次达到平衡时，CO的转化率增大（填“增大”、“减小”或“不变”）．
③如果要提高CO的转化率，除改变温度、压强外，还可以采取的措施有加入氢气、分离出产物甲醇．

Answer 1

分析 （1）根据原子守恒法书写反应的化学方程式；
（2）根据盖斯定律进行计算，书写热化学方程式；
（3）①从图中可以分析得到温度越高，CO的转化率降低；
在相同的温度时，压强越大，CO转化率越大；
②根据平衡三段式计算出平衡时各物质的浓度，再根据平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积进行计算；
在温度不变的条件下，向该容器中再加人nmolCO与2n mo1H₂，相当增大压强，平衡向气体分子数减小的方向移动；
③提高CO的转化率，即平衡正向移动，可采取的措施有：增大另一只反应物的浓度、减小生成物浓度等．

解答 解：（1）煤与水蒸气生成水煤气的化学方程式为：2CH+2H₂O（g）$\stackrel{高温}{→}$ 2CO+3H₂，
故答案为：2CH+2H₂O（g）$\stackrel{高温}{→}$ 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，
故答案为：12CH（s）+6O₂（g）═C₃H₆（g）+3H₂O（g）+9CO（g）△H=6△H₁+3△H₂+△H₃；
（3）①从图中可以分析得到温度越高，CO的转化率降低，平衡逆向移动，故正反应方向是放热的；
在相同的温度时，CO的转化率不同，压强越大转化率越大，故P₁＜P₂＜P₃；
故答案为：放热，P₁＜P₂＜P₃；
②容器容积为VL，反应压强为p_l时CO的转化率为0.5，
       CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始时  n mol    2n mo1
转化   0.5n mol  n mo1    0.5n mol
平衡时 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，
故平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{2}（{H}_{2}）c（CO）}$=$\frac{\frac{0.5n}{V}}{\frac{n}{V}×\frac{n}{V}×\frac{0.5n}{V}}$=$\frac{{V}^{2}}{{n}^{2}}$，
在温度不变的条件下，向该容器中再加人nmolCO与2nmo1H₂，相当于在原有的基础上把容器的体积缩小为原来的一半，压强增大，平衡正向移动，反应物CO的转化率增大，
故答案为：$\frac{{V}^{2}}{{n}^{2}}$，增大；
③提高CO的转化率，即平衡正向移动，可采取的措施有：加入氢气、分离出产物甲醇等，
故答案为：加入氢气、分离出产物甲醇．

点评 本题考查化学方程式的书写、盖斯定律的应用、化学平衡移动原理及平衡常数的计算等，浓度中等．要注意平衡三段式的运用是解题的关键．