水煤气变换反应是工业上的重要反应，可用于制氢。水煤气变换反应：该反应分两步完成：请回答：

1. 水煤气变换反应是工业上的重要反应，可用于制氢。

水煤气变换反应： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

该反应分两步完成：

$\text{[math]}$ $\text{[math]}$

请回答：

(1) $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

(2) 恒定总压 $\text{[math]}$ 和水碳比[ $\text{[math]}$ ]投料，在不同条件下达到平衡时 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的分压(某成分分压=总压×该成分的物质的量分数)如下表：

	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$
条件1	0.40	0.40	0
条件2	0.42	0.36	0.02

①在条件1下，水煤气变换反应的平衡常数 $\text{[math]}$ 。

②对比条件1，条件2中 $\text{[math]}$ 产率下降是因为发生了一个不涉及 $\text{[math]}$ 的副反应，写出该反应方程式。

(3) 下列说法正确的是______。 A. 通入反应器的原料气中应避免混入 $\text{[math]}$ B. 恒定水碳比 $\text{[math]}$ ，增加体系总压可提高 $\text{[math]}$ 的平衡产率 C. 通入过量的水蒸气可防止 $\text{[math]}$ 被进一步还原为 $\text{[math]}$ D. 通过充入惰性气体增加体系总压，可提高反应速率

(4) 水煤气变换反应是放热的可逆反应，需在多个催化剂反应层间进行降温操作以“去除”反应过程中的余热(如图1所示)，保证反应在最适宜温度附近进行。

①在催化剂活性温度范围内，图2中b-c段对应降温操作的过程，实现该过程的一种操作方法是。

A．按原水碳比通入冷的原料气 B．喷入冷水(蒸气) C．通过热交换器换热

②若采用喷入冷水(蒸气)的方式降温，在图3中作出 $\text{[math]}$ 平衡转化率随温度变化的曲线。

(5) 在催化剂活性温度范围内，水煤气变换反应的历程包含反应物分子在催化剂表面的吸附(快速)、反应及产物分子脱附等过程。随着温度升高，该反应的反应速率先增大后减小，其速率减小的原因是。

【考点】

化学平衡常数; 化学反应速率的影响因素;

【答案】

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综合题普通

1. 工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。1909年哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨： $\text{[math]}$ ，实现了人工固氮。

(1) 该反应的化学平衡常数表达式为。

(2) 测得在一定条件下氨的平衡含量如下表。

温度/℃	压强/MPa	氨的平衡含量
200	10	81.5%
550	10	8.25%

①该反应为放热反应，结合表中数据说明理由。

②哈伯选用的条件是550℃、10MPa，而非200℃、10MPa，可能的原因是。

(3) 某温度下，将N₂和H₂按一定比例充入1L恒容容器中，平衡后测得数据如下表：

	N₂	H₂	NH₃
平衡时各物质的物质的量/(mol)	1.00	3.00	1.00

①此条件下H₂的平衡转化率=。(保留一位小数)

②若平衡后，再向平衡体系中加入N₂、H₂和NH₃各1.00 mol，此时反应向方向(填“正反应”或“逆反应”)，结合计算说明理由：。

(4) 合成氨生产流程示意图如下。

①流程中，有利于提高原料利用率的措施是；有利于提高单位时间内氨的产率的措施有。(每空至少答出两点)

②“干燥净化”中，有一步操作是用铜氨液除去原料气中的CO，其反应为： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。对吸收CO后的铜氨废液应该怎样处理？请提出你的建议：。

(5) 实验室研究是工业生产的基石。下图中的实验数据是在其他条件不变时，不同温度(200℃、400℃、600℃)、压强下，平衡混合物中NH₃的物质的量分数的变化情况。

①曲线a对应的温度是。

②M、N、Q点平衡常数K的大小关系是。

综合题普通

2. 工业上，可以用 $\text{[math]}$ 还原NO，发生反应： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。回答下列问题：

(1) 研究发现，总反应分两步进行：① $\text{[math]}$ ；② $\text{[math]}$ 。相对能量与反应历程如图所示。

加入催化剂，可降低(填序号)反应的活化能。

(2) 已知共价键的键能：

共价键	N=O	H—H	$\text{[math]}$	H—O
键能 $\text{[math]}$	607	436	946	463

$\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

(3) $\text{[math]}$ 的速率方程为 $\text{[math]}$ ( $\text{[math]}$ 为速率常数，只与温度、催化剂有关)。一定温度下，不同初始浓度与正反应速率关系相关数据如下表。

实验	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$
a	0.1	0.1	v
b	0.2	0.1	$\text{[math]}$
c	0.1	0.2	$\text{[math]}$
d	0.2	x	$\text{[math]}$

① $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 。

②已知：速率常数(k)与活化能( $\text{[math]}$ )、温度(T)的关系式为 $\text{[math]}$ (R为常数)。总反应在催化剂Cat1、Cat2作用下， $\text{[math]}$ 与T关系如图所示。相同条件下，催化效能较高的是，简述理由：。

(4) 体积均为 $\text{[math]}$ 的甲、乙反应器中都充入 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，发生上述反应。测得 $\text{[math]}$ 的物质的量与反应时间的关系如图所示。

仅一个条件不同，相对于甲、乙改变的条件是。甲条件下平衡常数 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

综合题普通

Ⅰ．工业上可用CO或CO₂来生产燃料甲醇。已知甲醇制备的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：

化学反应	平衡常数	温度/℃
化学反应	平衡常数	500	800
①2H₂(g)+CO(g) $\text{[math]}$ CH₃OH(g)	K₁	2.5	0.15
②H₂(g)+CO₂(g) $\text{[math]}$ H₂O(g)+CO(g)	K₂	1.0	2.50
③3H₂(g)+CO₂(g) $\text{[math]}$ CH₃OH(g)+ H₂O(g)	K₃

（1）据反应①与②可推导出K₁、K₂与K₃之间的关系，则K₃=________(用K₁、K₂表示)，500 ℃时，测得反应③在某时刻，H₂(g)、CO₂(g)、CH₃OH(g)、H₂O(g)的浓度(mol·L^-1)分别为1、1、1、m，若要保证此时v_正>v_逆，则m的取值范围________。

（2）在3 L容积可变的密闭容器中发生反应②H₂(g)+CO₂(g) $\text{[math]}$ H₂O(g)+CO(g)，已知c(CO)—反应时间t变化曲线Ⅰ如图所示，若在t₀时刻分别改变一个条件，曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ。

当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时，在t₀时改变的条件是________。

当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，在t₀时改变的条件是体积由3L变为________。

Ⅱ．利用CO和H₂可以合成甲醇，反应原理为CO(g)＋2H₂(g) $\text{[math]}$ CH₃OH(g) △H，一定条件下，在容积为V L的密闭容器中充入a mol CO与2a mol H₂合成甲醇，平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。

（3）△H________0 (填“>”、“<”或“=”)，理由是：________。

（4）该反应达到平衡时，反应物转化率的关系是CO________H₂(填“>”、“<”或“=”、)。

（5）下列措施中能够同时满足增大反应速率和提高CO转化率的是_____。

A. 使用高效催化剂

B. 增大氢气的投入量

C. 增大体系压强

D. 不断将CH₃OH从反应混合物中分离出来

综合题普通

物质	C₂H₆(g)	C₂H₄(g)	H₂(g)
燃烧热ΔH/( kJ·mol⁻¹)	-1560	-1411	-286