Question

【题目】水煤气变换[CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)]是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题：

(1)Shibata曾做过下列实验：①使纯H2缓慢地通过处于721 ℃下的过量氧化钴CoO(s)，氧化钴部分被还原为金属钴(Co)，平衡后气体中H2的物质的量分数为0.0250。

②在同一温度下用CO还原CoO(s)，平衡后气体中CO的物质的量分数为0.0192。根据上述实验结果判断，还原CoO(s)为Co(s)的倾向是CO_________H2(填“大于”或“小于”)。

(2)721 ℃时，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中H2的物质的量分数为_________(填标号)。

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

(3)我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用标注。

可知水煤气变换的ΔH________0(填“大于”“等于”或“小于”)，该历程中最大能垒(活化能)E正=_________eV，写出该步骤的化学方程式_______________________。

Answer 1

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

【解析】

（1）通过气体所占物质的量分数结合反应方程式判断；

（2）CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g），等物质的量的一氧化碳和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气，反应前后气体物质的量不变，当反应物全部反应氢气所占物质的量的分数50%，但反应为可逆反应不能进行彻底；
（3）图象分析可知水煤气的生成过程经过了过渡态1和过渡态2，最后生成产物的能量低于反应物，正反应进行的方向需要吸收能量，结合图此分析判断，该历程中最大能垒（活化能）E正，得到反应的化学方程式；

：（1）①反应的化学方程式：H2+CoOCo+H2O，②反应的化学方程式：CO+CoOCo+CO2，相同条件下还原反应达到平衡状态后，反应前后气体物质的量都是不变的反应，一氧化碳物质的量分数小于氢气物质的量分数，说明一氧化碳进行的程度大
故答案为：大于；

（2）假设氢气的物质的量为1mol，①H2+CoOCo+H2O中反应后氢气的物质的量分数可求出该温度下反应的平衡常数，方法如下：

K1= =a/(1-a)；其中(1-a)/1=0.025；故K1=39；用同样方法求出反应②反应CO+CoOCo+CO2的平衡常数K2= =51；反应CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）平衡常数K=>1；当K==1时，===，此时氢气的物质的量分数为0.25；当反应物全部反应氢气所占物质的量的分数0.50，但反应为可逆反应不能进行彻底，综上所述氢气的物质的量分数应大于0.25小于0.50，

故答案为：C；

（3）图象分析可知水煤气的生成过程经过了过渡态1和过渡态2，最后生成产物的能量低于反应物，反应的焓变小于0，正反应进行的方向需要吸收能量，结合图此分析判断，是发生的过渡反应：COOH+H+H2O=COOH+2H+OH或H2O=H+OH，该历程中最大能垒（活化能）E正=1.86eV-（-0.16eV）=2.02eV，
故答案为：小于；2.02；COOH+H+H2O=COOH+2H+OH或H2O=H+OH；