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領域中。回答下列問題：

(1)Shibata曾做過下列實驗：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的物質的量分數為0.0250。

②在同一溫度下用CO還原CoO(s)，平衡后氣體中CO的物質的量分數為0.0192。根據上述實驗結果判斷，還原CoO(s)為Co(s)的傾向是CO_________H2(填“大于”或“小于”)。

(2)721 ℃時，在密閉容器中將等物質的量的CO(g)和H2O(g)混合，采用適當的催化劑進行反應，則平衡時體系中H2的物質的量分數為_________(填標號)。

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

(3)我國學者結合實驗與計算機模擬結果，研究了在金催化劑表面上水煤氣變換的反應歷程，如圖所示，其中吸附在金催化劑表面上的物種用標注。

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）通過氣體所占物質的量分數結合反應方程式判斷；

（2）CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g），等物質的量的一氧化碳和水蒸氣反應生成二氧化碳和氫氣，反應前后氣體物質的量不變，當反應物全部反應氫氣所占物質的量的分數50%，但反應為可逆反應不能進行徹底；
（3）圖象分析可知水煤氣的生成過程經過了過渡態1和過渡態2，最后生成產物的能量低于反應物，正反應進行的方向需要吸收能量，結合圖此分析判斷，該歷程中最大能壘（活化能）E正，得到反應的化學方程式；

：（1）①反應的化學方程式：H2+CoOCo+H2O，②反應的化學方程式：CO+CoOCo+CO2，相同條件下還原反應達到平衡狀態后，反應前后氣體物質的量都是不變的反應，一氧化碳物質的量分數小于氫氣物質的量分數，說明一氧化碳進行的程度大
故答案為：大于；

（2）假設氫氣的物質的量為1mol，①H2+CoOCo+H2O中反應后氫氣的物質的量分數可求出該溫度下反應的平衡常數，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②反應CO+CoOCo+CO2的平衡常數K2= =51；反應CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）平衡常數K=>1；當K==1時，===，此時氫氣的物質的量分數為0.25；當反應物全部反應氫氣所占物質的量的分數0.50，但反應為可逆反應不能進行徹底，綜上所述氫氣的物質的量分數應大于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過了過渡態1和過渡態2，最后生成產物的能量低于反應物，反應的焓變小于0，正反應進行的方向需要吸收能量，結合圖此分析判斷，是發生的過渡反應：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；