Question

氢能作为新型能源，可利用CO制得.北京大学马丁教授等团队向容积为VL的密闭容器中充入等物质的量的CO和H₂O进行反应。

已知：

反应Ⅰ：FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO₂(g)   ΔH₁

反应Ⅱ：FeO(s)+H₂(g)Fe(s)+H₂O(g)   ΔH₂

反应Ⅲ：CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)   ΔH

反应Ⅲ在不同催化剂作用下（反应相同时间），温度与CO转化率的关系如图所示。

（1）反应Ⅲ的ΔH与ΔH₁、ΔH₂关系式：ΔH=_。

（2）若反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡常数分别为K₁和K₂，则反应Ⅲ的平衡常数K与K₁、K₂的关系式：K=___。

（3）随着温度的升高，CO的转化率先升后降，“后降”的可能原因是__。

（4）由图可知，ΔH__0（填“大于”或“小于”），催化剂应选择_（填“Au/α-MoC”或“Au/α-MoC/NaCN”）。

（5）已知T=1025K时，K=1。则平衡时CO的转化率α(0)=__。当T＞1025K时，平衡时，H₂的体积分数ω的取值范围为_。此时，CO还原FeO(s)的能力__H₂（填“大于”或“小于”）。

（6）欲提高H₂的体积分数，可采取的措施为__。

Answer

ΔH1-ΔH2 温度过高，催化剂的催化活性下降 小于 Au/α-MoC 50% 0＜ω＜25% 小于 及时分离出CO2（或降低温度）

【解析】

（1）用盖斯定律进行分析；

（2）热化学方程式相减，化学平衡常数相除；

（3）在一定温度范围内催化剂活性较高；

（4）升高温度CO转化率降低，说明平衡逆向移动；温度越低、催化剂活性越高越好，据此选择催化剂；

（5）已知T=1025K时，K=1，可用三段式计算出CO、H2O、CO2、H2的物质的量相等，求出CO的转化率、得氢气的体积分数为25%；升高温度平衡逆向移动，氢气的体积分数有所下降，据此判断出体积分数的范围0＜ω＜25%；平衡逆向移动导致c(CO)>c(H2)；选取的催化剂受温度影响；

(6)欲提高H2的体积分数，可以通过改变条件使平衡正向移动而实现；

（1）反应Ⅰ：FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g) ΔH1，反应Ⅱ：FeO(s)+H2(g)Fe(s)+H2O(g)ΔH2，将反应Ⅰ减去反应Ⅱ得到反应Ⅲ：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH，ΔH=ΔH1-ΔH2；

答案为：ΔH1-ΔH2；

（2）根据反应Ⅰ、反应Ⅱ，写出各自的平衡常数表达式K1= ，K2= ；热化学方程式相减，反应Ⅲ：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，化学平衡常数相除，则反应Ⅲ的平衡常数K与K1、K2的关系式为：；

答案为：；

（3）在一定温度范围内催化剂活性较高，温度过高，催化剂的催化活性下降；

答案为：温度过高，催化剂的催化活性下降；

（4）升高温度CO转化率降低，说明平衡逆向移动，则正反应为放热反应，△H ＜0；温度越低、催化剂活性越高越好，根据图知，应该选取Au/α-MoC；

答案为：小于；Au/α-MoC；

（5）已知向容积为VL的密闭容器中充入等物质的量的CO和H2O进行反应，设充入的气体各为1mol，T=1025K时，K=1， 得x=0.5，= 、；反应未发生时没有氢气，升高温度平衡逆向移动，氢气的体积分数有所下降，据此判断出体积分数的范围0＜ω＜25%；平衡逆向移动导致c(CO)>c(H2)；

答案为：50%；0＜ω＜25%；小于；

(6)欲提高H2的体积分数，可以通过改变条件使平衡正向移动而实现；

答案为：及时分离出CO2（或降低温度）。