Question

【題目】水煤氣變換[CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)]是重要的化工過程，主要用于合成氨、制氫以及合成氣加工等工業(yè)領(lǐng)域中。回答下列問題：

(1)Shibata曾做過下列實(shí)驗(yàn)：①使純H2緩慢地通過處于721 ℃下的過量氧化鈷CoO(s)，氧化鈷部分被還原為金屬鈷(Co)，平衡后氣體中H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.0250。

②在同一溫度下用CO還原CoO(s)，平衡后氣體中CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.0192。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果判斷，還原CoO(s)為Co(s)的傾向是CO_________H2(填“大于”或“小于”)。

(2)721 ℃時(shí)，在密閉容器中將等物質(zhì)的量的CO(g)和H2O(g)混合，采用適當(dāng)?shù)拇呋瘎┻M(jìn)行反應(yīng)，則平衡時(shí)體系中H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為_________(填標(biāo)號(hào))。

A．＜0.25 B．0.25 C．0.25～0.50 D．0.50 E．＞0.50

(3)我國(guó)學(xué)者結(jié)合實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果，研究了在金催化劑表面上水煤氣變換的反應(yīng)歷程，如圖所示，其中吸附在金催化劑表面上的物種用標(biāo)注。

可知水煤氣變換的ΔH________0(填“大于”“等于”或“小于”)，該歷程中最大能壘(活化能)E正=_________eV，寫出該步驟的化學(xué)方程式_______________________。

Answer 1

【答案】大于 C 小于 2.02 COOH+H+H2O＝COOH+2H+OH或H2O＝H+OH

【解析】

（1）通過氣體所占物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)結(jié)合反應(yīng)方程式判斷；

（2）CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g），等物質(zhì)的量的一氧化碳和水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣，反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，當(dāng)反應(yīng)物全部反應(yīng)氫氣所占物質(zhì)的量的分?jǐn)?shù)50%，但反應(yīng)為可逆反應(yīng)不能進(jìn)行徹底；
（3）圖象分析可知水煤氣的生成過程經(jīng)過了過渡態(tài)1和過渡態(tài)2，最后生成產(chǎn)物的能量低于反應(yīng)物，正反應(yīng)進(jìn)行的方向需要吸收能量，結(jié)合圖此分析判斷，該歷程中最大能壘（活化能）E正，得到反應(yīng)的化學(xué)方程式；

：（1）①反應(yīng)的化學(xué)方程式：H2+CoOCo+H2O，②反應(yīng)的化學(xué)方程式：CO+CoOCo+CO2，相同條件下還原反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后，反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量都是不變的反應(yīng)，一氧化碳物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)小于氫氣物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，說明一氧化碳進(jìn)行的程度大
故答案為：大于；

（2）假設(shè)氫氣的物質(zhì)的量為1mol，①H2+CoOCo+H2O中反應(yīng)后氫氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)可求出該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)，方法如下：

K1= =a/(1-a)；其中(1-a)/1=0.025；故K1=39；用同樣方法求出反應(yīng)②反應(yīng)CO+CoOCo+CO2的平衡常數(shù)K2= =51；反應(yīng)CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）平衡常數(shù)K=>1；當(dāng)K==1時(shí)，===，此時(shí)氫氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.25；當(dāng)反應(yīng)物全部反應(yīng)氫氣所占物質(zhì)的量的分?jǐn)?shù)0.50，但反應(yīng)為可逆反應(yīng)不能進(jìn)行徹底，綜上所述氫氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)應(yīng)大于0.25小于0.50，

故答案為：C；

（3）圖象分析可知水煤氣的生成過程經(jīng)過了過渡態(tài)1和過渡態(tài)2，最后生成產(chǎn)物的能量低于反應(yīng)物，反應(yīng)的焓變小于0，正反應(yīng)進(jìn)行的方向需要吸收能量，結(jié)合圖此分析判斷，是發(fā)生的過渡反應(yīng)：COOH+H+H2O=COOH+2H+OH或H2O=H+OH，該歷程中最大能壘（活化能）E正=1.86eV-（-0.16eV）=2.02eV，
故答案為：小于；2.02；COOH+H+H2O=COOH+2H+OH或H2O=H+OH；