Question

煤間接液化是煤化工的一種重要方法：首先將原料煤與氧氣、水蒸汽反應(yīng)將煤全部氣化，制得的粗煤氣經(jīng)變換、脫硫、脫碳制成潔凈的合成氣（CO+H₂），然后合成氣在催化劑作用下發(fā)生合成反應(yīng)生成烴類(lèi)，如：[nCO+（2n+1）H₂=C_nH_2n+2+nH₂O]；或者合成醇類(lèi)，如合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．等等．
（1）若以庚烷作為汽油的代表物，則只生成庚烷時(shí)，原合成氣中CO和H₂的最佳體積比為

 

，此時(shí)該合成反應(yīng)的原子利用率為

 

．[原子利用率=（預(yù)期產(chǎn)物的相對(duì)分子質(zhì)量/全部生成物的相對(duì)分子質(zhì)量總和）×100%]
（2）若以合成氣合成甲醇，回答下列問(wèn)題：
如圖是該反應(yīng)在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)．
①該反應(yīng)的焓變△H

 

Q（填“＞”、“＜”或“=”）．
②T₁和T₂溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K₁

 

K₂（填“＞”、“＜”或“=”）．
③若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是

 

．
a．升高溫度
b．將CH₃OH（g）從體系中分離
c．使用合適的催化劑
d．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大
④已知在常溫常壓下：
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
則，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=

 

kJ?mol^-1．
（3）工業(yè)上還可以以合成氣為原料通過(guò)下述過(guò)程制取尿素等化肥（反應(yīng)方程式均未配平）
CO+H₂O（g）→CO₂+H₂   N₂+H₂→NH₃   CO₂+NH₃→CO（NH₂）₂+H₂O
則生產(chǎn)尿素時(shí)，要使合成氣中CO、H₂的理論利用率最大，則原合成氣中CO和H₂的物質(zhì)的量之比應(yīng)為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強(qiáng)的變化曲線(xiàn),用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,化學(xué)平衡的影響因素

專(zhuān)題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專(zhuān)題

分析：（1）根據(jù)合成烴的反應(yīng)方程式nCO+（2n+1）H₂=C_nH_2n+2+nH₂O可判斷CO和H₂的最佳體積比和原子利用率；
（2）根據(jù)圖象先拐先平數(shù)值大可知，T1＜T2，升溫平衡向吸熱方向移動(dòng)；
（3）根據(jù)CO+H₂O（g）→CO₂+H₂ N₂+H₂→NH₃ CO₂+NH₃→CO（NH₂）₂+H₂O，可知CO（NH₂）₂中C與H的比例為1：2．

解答： 解：（1）根據(jù)合成烴的反應(yīng)方程式nCO+（2n+1）H₂=C_nH_2n+2+nH₂O，生成庚烷，CO和H₂的最佳體積比為7：15，該合成反應(yīng)的原子利用率為

預(yù)期產(chǎn)物的相對(duì)分子質(zhì)量

全部生成物的相對(duì)分子質(zhì)量總和

×100%=

100

226

×100%=44.2%，故答案為：7：15；44.2%；
（2）①根據(jù)圖象先拐先平數(shù)值大可知，T1＜T2，溫度越高，CO的轉(zhuǎn)化率越低，說(shuō)明溫度升高平衡向生成CO的方向移動(dòng)，升溫平衡向吸熱方向移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0，故答案為：＜；
②升溫，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，故K₁＞K₂，故答案為：＞；
③平衡正向移動(dòng)，甲醇的產(chǎn)率增大，
a．升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率減小，故a錯(cuò)誤；
b．將CH₃OH（g）從體系中分離，平衡正向移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率增大，故b正確；
c．使用合適的催化劑，平衡不移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率不變，故c錯(cuò)誤；
d．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大，恒容容器內(nèi)，組分濃度不變，平衡不移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率不變，故d錯(cuò)誤；
故答案為：b；
④根據(jù)蓋斯定律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
則反應(yīng)

b-a+4c

2

得到反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g） 故△H=

-(b-a+4c)

2

KJ?mol^-1，
故答案為：-（b-a+4c）；
（3）根據(jù)CO+H₂O（g）→CO₂+H₂ N₂+H₂→NH₃ CO₂+NH₃→CO（NH₂）₂+H₂O，可知CO（NH₂）₂中C與H的比例為1：2，故CO和H₂的物質(zhì)的量之比應(yīng)為1：2，
故答案為：1：2．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了平衡移動(dòng)影響因素、蓋斯定律的應(yīng)用、圖象的分析等知識(shí)點(diǎn)，難度中等，很好的考查了學(xué)生的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力．