Question

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________。

Answer

不相同 489 温度由升高至，催化剂活性降低，化学反应速率减小

【解析】

（1）根据平衡常数概念：生成物浓度幂次方的乘积比上反应浓度的幂次方的乘积完成；

（2）根据反应物和生成物能量判断反应吸放热，根据活化能的概念进行分析；

（3）根据化学平衡常数含义进行分析；

（4）根据影响平衡移动因素和化学反应速率因素进行判断。

（1）化学平衡常数为生成物浓度幂次方的乘积比上反应浓度的幂次方的乘积，所以该反应平衡常数表达式为，故答案为：；

（2）根据水煤气变换并结合水煤气变换的反应历程相对能量可知，的能量高于的能量，故水煤气变换的；活化能即反应物状态达到活化状态所需能量，根据变换历程的相对能量可知，最大差值为：

其最大能垒（活化能），故答案为：；；

（3）800℃时，在密闭容器中将等物质的量的和混合，可设其物质的量为1mol，密闭容器为VL，CO转化的物质的量为xmol，则建立如下三段式：

根据 可列式：，得出，则平衡时体系中的物质的量分数为，故答案为：；

（4）①由图可知，30—90min内a曲线对应物质的分压变化量，故曲线a的反应在30—90min内的平均速率为：，30—90min内b曲线对应物质的分压变化量，故曲线b的反应在30—90min内的平均速率为：，CO和在反应中的计量数相同，若表示同一反应速率时应相等，但，说明表示的是两种不同条件下的速率，曲线a、b对应的温度不相同，故答案为：；；不相同；

②由（2）可知该反应的，为放热反应，故升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，故K，曲线a，c表示的是两种不同温度下CO分压，根据该反应为放热反应，故升高温度，平衡逆向移动，CO分压增加，所以平衡时CO分压更高的对应的温度也更高，曲线a对应CO分压更高，温度是，故答案为：；489；

③由②可知曲线a对应温度是，由可知曲线a、b对应的温度不相同，那么曲线b对应温度是，30—90min，，温度高了速率反而小了，可能的原因是温度由升高至，催化剂活性降低，化学反应速率减小，故答案为：温度由升高至，催化剂活性降低，化学反应速率减小。