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...

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_______________________。

（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PH2相等。

计算曲线a的反应在30~90 min内的平均速率(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___________、___________。

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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_______________________。

（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PH2相等。

计算曲线a的反应在30~90 min内的平均速率(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___________、___________。

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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）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。

该历程中决速步骤的化学方程式为__（方程式两边若有相同物料不用约简）。水煤气变换反应的热化学方程式为__。

（2）t1℃时，密闭容器中，通入一定量的CO和H2O，发生水煤气变换反应，容器中各物质浓度(单位：mol·L-1)变化如下表所示：

①一定处于平衡状态的时间段为__。

②5～6min时间段内，平衡移动方向为__(填“向左移动”或“向右移动”)，根据表中数据判断，平衡移动的原因是__(填字母编号)。

a.增加了H2O(g)的量　　　　 b.增加氢气浓度　　　　 c.使用催化剂　　　　 d.降低温度

③t2℃时(t2＞t1)，在相同条件下发生上述反应，达平衡时，CO浓度__c1(填“＞”“＜”或“=”)。

（3）已知反应Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)的平衡常数随温度变化情况如图所示：

①该反应是__(填“吸热”或“放热”)反应。

②若T1时水煤气变换反应的平衡常数等于0.5，则T1时FeO(s)+H2(g)Fe(s)+H2O(g)的平衡常数为__。

（4）水煤气可做燃料电池的燃料。一种熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。电极A上H2参与的电极反应为__。假设催化炉产生的CO与H2物质的量之比为1︰2。电极A处产生的CO2有部分参与循环利用，其利用率为__。

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水煤气变换是重要的化工过程，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）该反应的平衡常数的表达式为________。

（2）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，如下图所示，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________填“”“”或“”,该历程中最大能垒活化能________eV。

（3）已知800℃时， 。800℃时，在密闭容器中将等物质的量的和混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中的物质的量分数为________保留2位有效数字。

（4）Shoichi研究了467℃、489℃时水煤气变换中CO和分压随时间变化关系如图所示，催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的和相等、和相等，已知在467℃和489℃时，平衡常数K均大于1。

①计算在30—90min内，曲线a的反应的平均速率________，曲线b的反应的平均速率________（保留两位有效数字），据此推测：曲线a、b对应的温度________（填“相同”或“不相同”）。

②该反应在不同温度下的平衡常数：K(467℃)________ K(489℃)填“”或“”，曲线a对应的温度________填“467”或“489”。

③许多实验表明，其他条件相同时，升高温度反应速率增大，降低温度反应速率减小。试分析在30—90min，的原因是________。

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半水煤气是工业合成氨的原料气，其主要成分为H2、CO、CO2、N2和H2O(g)。半水煤气经过下列步骤转化为合成氨的原料。

（1）步骤ⅰ，发生的是CO变换反应。

①CO变换反应的化学方程式是____________________________________。

②一定条件下，向体积固定为1 L的密闭容器中充入一定量半水煤气，发生CO变换反应。下图表示氢气与氮气的平衡体积比[V(H2):V(N2)]随外部条件X的变化关系。

Ⅰ.X代表的物理量是______________________________。

Ⅱ.CO变换反应的△H _____0（填“＞”或“＜”），判断的依据是_____________________________。

③若用a、b、c、d 分别代表CO变换反应中相关化学键：H-H、H-O、、C＝O的键能（kJ·mol-1）的数值，已知CO的结构式是。消耗1mol CO时，该反应的热效应 △H = _______________。

（2）步骤ⅱ中，用2.0 mol/L Na2CO3溶液作吸收剂脱除CO2。

①当溶液pH降至10的过程中（无沉淀析出），溶液中离子浓度关系正确的是________（选填字母）。

a．c(CO32－)＋c(HCO3－) ＋ c(H2CO3) ＝2.0 mol/L

b．c(Na+)+c(H+)＝2c(CO32－)+c(OH－)+c(HCO3－)

c．c(Na+)＞c(CO32－)＞c(HCO3－)

②当脱除液失效时，请设计一种可使其再生的方法（结合化学方程式说明）：___________________________。

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半水煤气是工业合成氨的原料气，其主要成分为H2、CO、CO2、N2和H2O(g)。半水煤气经过下列步骤转化为合成氨的原料。

（1)步骤I，CO变换反应的能量变化如下图所示：

①CO变换反应的热化学方程式是________________。

②一定条件下，向体积固定的密闭容器中充入aL半水煤气，发生CO变换反应。测得不同温度（T1，T2）氢气的体积分数ψ(H2)与时间的关系如下所示。

i．T1、T2的大小关系及判断理由是______________。

ii．请在上图中画出：其他条件相同时，起始充入0.5aL半水煤气，T2温度下氢气的体积分数ψ( H2)随时间的变化曲线。______________

(2)步骤Ⅱ，用饱和Na2CO3溶液作吸收剂脱除CO2时，初期无明显现象，后期有固体析出。

①溶液中离子浓度关系正确的是__________（选填字母）。

a．吸收前：c(Na+)>c(CO32-)>c(OH-)>c(HCO3-)

b．吸收初期：2c(CO32-)+2 c(HCO3-)+2c(H2CO3)=c(Na+)

c．吸收全进程：c(Na+)+c( H+)=2c(CO32-)+ c(HCO3-)+ c(OH-)

②后期析出固体的成分及析出固体的原因是___________。

③当吸收剂失效时，请写出一种可使其再生的方法（用化学方程式表示）：____________。

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合成氨是最重要的化工生产之一，回答下列问题：

I.氢气通常用生产水煤气的方法制得。其中CO(g)+H2O(g) CO2(g) + H2(g)　 △H<0，在 850℃时，平衡常数 K=1。

（1）若升高温度到950℃时，达到平衡时K_________1(填“>”“<”或“ = ”)

（2）850℃时，若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0mol CO、3.0mol H2O、1.0mol CO2和xrnolH2，则：

①当x= 5.0时，上述平衡向_________(填正反应或逆反应）方向进行。

②若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足的条件是_____________。

（3）在850℃时，若设x=5.0mol和x= 6.0mol，其它物质的投料不变，当上述反应达到平衡后，测得H2的体积分数分别为a%、b%，则a_______b(填“大于”、“小于”或“等于”)。

II.氨和尿素【CO(NH2)2】溶液都可以吸收硝酸工业尾气中的NO、NO2，将其转化为N2。

（4）尿素与NO、NO2三者等物质的最反应为：CO(NH2)2+NO+NO2=CO2+2N2+2H2O

该反应中的氧化剂为________(写化学式)。

若反应生成标况下N2　 33．6L，则转移电子的数目为___________。

（5）已知：N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H1=akJ ·mol-1

N2(g)+3H2(g) = 2NH3(g) △H2 = bkJ • mol-1

2H2(g) +O2(g) = 2H2O(g) △H3=ckJ • mol-1

则4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)=4N2(g)+6H2O(g) △H=__________。

III.（6）合成氨盐也是氨的重要用途，测定其中的含氮量可以采用“甲醛法”。即4NH4++6HCHO (CH2)6N4+4H++6H2O。 现有一种纯净的铵盐，可能是硝酸铵、硫酸铵或碳酸铵中的一种。称取2g该铵盐溶于水，加入足量的甲醛溶液后，再加人水配成100mL溶液，取出10mL，滴入酚酞后再逐滴滴入0.lmol/L的NaOH溶液，当滴到25mL时溶液呈粉红色，且在半分钟内不褪色，则该铵盐中氮的质量分数是_________。

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（本题共12分）氨是一种重要的化工产品。“一氧化碳变换”是合成氨原料气生产中的重要环节，其反应方程式为：CO(g) + H2O(g)CO2(g) + H2(g)

完成下列填空：

23．恒温恒容条件下，能说明该反应达到平衡状态的是　　　　　　 （填字母序号）。

a．ν(CO)消耗 = ν(H2O)生成　　　　　　　　　　 b．c(CO2) = c(CO)

c．混合气体的总压不再改变　　　　　　　　 d．混合气体的密度不再改变

24．将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入体积为2L的恒容密闭容器中进行反应，得到如下三组数据：

①实验1中从反应开始到达到平衡，以H2的浓度变化表示的反应速率为 　　　　　　　　 。

②A = 　　　　　　　　　　　　 。

③平衡常数：K(900℃)　　　　　　 K(650℃) （填“＞”、“＜”或“=”＝）。

25．温度是一氧化碳变换中最重要的工艺条件，实际生产过程中将温度控制在400℃左右，可能的原因是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

26．C、H、O、N元素中，核外电子占据5个不同轨道的原子，其最外层电子排布式是　 　　　　 。这四种元素形成的化合物　　　 　　 　　　　 （填“一定是”、“一定不是”、“不一定是”）离子化合物。

27．能证明碳的非金属性比硅强的事实是　　　　　　　　　　 （选填编号）。

a．酸性：H2CO3强于H2SiO3　　　　　　　　 b．高温下SiO2与C生成Si和CO

c．键的极性：C-H > Si-H　　　　　　　　 d．熔点：金刚石 > 单晶硅

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（15分）将水煤气化转化成合成气，然后合成各种油品和石化产品是化工的极为重要的领域。除去水蒸气后的水煤气主要含H₂、CO、CO₂及少量的H₂S、CH₄，继续除去H₂S后，可采用催化或非催化转化技术，将CH₄转化成CO，得到CO、CO₂和H₂的混合气体，是理想的合成甲醇原料气。

（1）制水煤气的主要化学反应方程式为：C(s)+H₂O(g)     CO(g)+H₂(g)，此反应是吸热反应。

①此反应的化学平衡常数表达式为________；

②下列能增大碳的转化率的措施是________；

A．加入C（s）           B．加入H₂O（g）       C．升高温度               D．增大压强

（2）将CH₄转化成CO，工业上常采用催化转化技术，其反应原理为：

       CH₄(g)+3/2O₂(g)       CO(g)+2H₂O(g)    △H=-519kJ/mol。工业上要选择合适的催化剂，分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验（其他条件相同）

①X在750℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×10⁵倍；

②Y在600℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×10⁵倍；

③Z在440℃时催化效率最高，能使逆反应速率加快约1×10⁶倍；

已知根据上述信息，你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是________（填“X”或“Y”或“Z”），选择的理由是________；

（3）合成气经压缩升温后进入甲醇合成塔，在催化剂作用下，进行甲醇合成，主要反应如下：

       2H₂(g)+CO(g)      CH₃OHg); △H=-90.8kJ·mol^-1，T℃下此反应的平衡常数为160。此温度下，在密闭容器中开始只加入CO、H₂，反应10min后测得各组分的浓度如下：

①该时间段内反应速率v(H₂)=________mol^-1·L^-1·min^-1。

②比较此时正、逆反应速率的大小：________（填“>”、“<”或“=”）

（4）生产过程中，合成气要进行循环，其目的是________。

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将水煤气转化成合成气，然后合成各种油品和石化产品是化工的极为重要的领域。除去水蒸气后的水煤气主要含H2、CO、CO2及少量的H2S、CH4，继续除去H2S后，可采用催化或非催化转化技术，将CH4转化成CO，得到CO、CO2和H2的混合气体，是理想的合成甲醇原料气。

(1)制水煤气的主要化学反应方程式为：C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)，此反应是吸热反应。

①此反应的化学平衡常数表达式为　　　　　　　 。

②下列能增大碳的转化率的措施是　　　　　 。

A．加入C(s)　　　 B．加入H2O(g)　　　　　　　 C．升高温度　　　　 D．增大压强

(2)将CH4转化成CO，工业上常采用催化转化技术，其反应原理为：CH4(g)+3/2O2(g) CO(g)+2H2O(g)　 ΔH=-519 kJ/mol。工业上要选择合适的催化剂，分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验(其他条件相同)

①X在750℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×105倍；

②Y在600℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×105倍；

③Z在440℃时催化效率最高，能使逆反应速率加快约1×106倍；

已知根据上述信息，你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是　　　　　　 (填“X”、“Y”或“Z”)，选择的理由是　　　　　　 。

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