煤是重要的化石燃料和化工原料，有關煤的綜合利用得到廣泛深入的研究。其中煤的氣化是煤的綜合利用的重要途徑。
I．煤的催化氣化生成CO，主要反應為：①C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H
堿金屬催化劑顯示出了優(yōu)越的催化性能。Mckee和Chatterji在1975年提出了由堿金屬的氧化還原循環(huán)的氧傳遞機理：
②K₂CO₃（s）+2C（s）?2K（g）+3CO（g）△H₁=+899.4kJ?mol^-1
③2K（g）+CO₂（g）?K₂O（s）+CO（g）△H₂=-98.4kJ?mol^-1
④K₂O（s）+CO₂（g）?K₂CO₃（s）△H₃=-456.0kJ?mol^-1
（1）由此計算△H=

+172.5kJ?mol^-1

+172.5kJ?mol^-1

（2）在2L的密閉容器中進行投入1molC和3molCO₂催化劑作用下發(fā)生反應①，CO的物質的量分數(shù)φ（CO）/%隨溫度和壓強的變化曲線如圖，根據(jù)圖象回答下列問題：

①若在900℃，壓力為P₃條件下反應經過10min達到平衡，則0～10min內的反應速率v（CO）為

0.2mol?L^-1?min^-1

0.2mol?L^-1?min^-1

。
②該可逆反應達到平衡的標志是

C D

C D

。
A．v（CO₂）_正=2v（CO）_逆
B．CO₂和CO的濃度之比為1：2
C．容器內的總壓強不再隨時間而變化
D．混合氣體的密度不再隨時間變化
③圖中壓強（P₁、P₂、P₃、P₄）的大小順序為：

P₁＜P₂＜P₃＜P₄

P₁＜P₂＜P₃＜P₄

。其判斷的理由是

該反應正反應方向是氣體體積增大的方向，增大壓強平衡向氣體體積減小的逆反應方向進行，φ（CO）減小

該反應正反應方向是氣體體積增大的方向，增大壓強平衡向氣體體積減小的逆反應方向進行，φ（CO）減小

。
④可逆反應的平衡常數(shù)可以用平衡濃度計算，也可以用平衡分壓代替平衡濃度計算（分壓=總壓×物質的量分數(shù)）。反應①在圖中A點的總壓強為1MPa,列式計算A點的平衡常數(shù)K_p=

3.2Mpa

3.2Mpa

。
II．煤氣的甲烷化是煤綜合利用的重要方法。其基本反應為：
反應①：CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）△H=-219.3kJ?mol^-1
反應生成的水與CO發(fā)生反應：
反應②：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-38.4kJ?mol^-1
離開反應器的混合氣體的組成取決于原料氣的組成、壓強和溫度，圖2表示

φ

（

H

2

）

φ

（

CO

）

比為3.8時二氧化碳含量對合成氣轉化達到平衡的影響。
由圖象可知，隨離開反應器的混合氣體中二氧化碳的含量增加，達到平衡時甲烷的量

減小

減小

（填“增大”、“減小”或“不變”，下同），其原因為

離開反應器的混合氣體中CO₂的含量增大，說明反應②正向進行，占主導作用，容器中的CO以反應②為主，則參加反應①的CO減少，容器中生成甲烷的含量減小

離開反應器的混合氣體中CO₂的含量增大，說明反應②正向進行，占主導作用，容器中的CO以反應②為主，則參加反應①的CO減少，容器中生成甲烷的含量減小

。