《备考指南一轮 化学 》课件_第7章 第2节 真题.doc

第七章第二节

1．(2019·全国卷Ⅰ)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(s)，平衡后气体中H2的物质的量分数为0.025

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________(

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质用·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_________________________________________________________________________。

(4)Shoichi研究了467℃、489℃时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系(如下图所示)，催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的pH2O和pCO相等、pCO2和p

计算曲线a的反应在30～90min内的平均速率eq\o(v,\s\up6(－))(a)＝________kPa·min－1。467℃时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是________、________。489℃时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是________、________

【答案】(1)大于(2)C(3)小于2.02

COOH·＋H·＋H2O·===COOH·＋2H·＋OH·(或H2O·===H·＋OH·)

(4)0.0047bcad

【解析】(1)H2还原氧化钴的方程式为H2(g)＋CoO(s)eq\o(,\s\up7(721℃))Co(s)＋H2O(g)，K1＝eq\f(c?H2O?,c?H2?)＝eq\f(1－0.025,0.025)＝39；CO还原氧化钴的方程式为CO(g)＋CoO(s)eq\o(,\s\up7(721℃))Co(s)＋CO2(g)，K2＝eq\f(c?CO2?,c?CO?)＝eq\f(1－0.0192,0.0192)＝51；相同温度下，K值越大，反应趋向越大。

(2)721℃时，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合，可设其物质的量为1

CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)

起始(mol)1100

转化(mol)xxxx

平衡(mol)1－x1－xxx

则平衡时体系中H2的物质的量分数＝eq\f(n?H2?,n总)＝eq\f(xmol,[?1－x?＋?1－x?＋x＋x]mol)＝eq\f(x,2)，因该反应为可逆反应，故x＜1，可假设二者的还原倾向相等，则x＝0.5，由(1)可知CO的还原倾向大于H2，所以CO更易转化为H2，故x＞0.5，由此可判断最终平衡时体系中H2的物质的量分数介于0.25～0.50。

(3)根据图象初始反应物的总能量为0，反应生成物总能量为－0.72eV，水煤气变换的ΔH小于0；由图象可知，反应的最大能垒在过渡态2，此时能垒E正＝1.86eV－(－0.16)eV＝2.02eV；由过渡态2的反应物COOH·＋H·＋H2O·===COOH·＋2H·＋OH·；因反应前后COOH·和1个H·结束时生成物未发生改变，也可以表述成H2O·===H·＋OH·。

(4)由图可知，30～90min内eq\o(v,\s\up6(－))(a)＝eq\f(?4.08－3.80?kPa,?90－30?min)＝eq\f(0.28kPa,60min)≈0.0047kPa·min－1；由(2)中分析得出H2的物质的量分数介于0.25～0.5，CO的物质的量分数介于0～0.25，即H2的分压始终高于CO的分压，由此可知，a、b表示的是H2的分压，c、d表示的是CO的分压，该反应为放热反应，故升高温度，平衡逆向移动，CO分压增加，H2分压降低，故467℃时pH2和pC