高中化学吸热反应和放热反应试题

水煤气变换 $\left[\mathrm{CO}\right(\mathrm{g})+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\mathrm{g})={\mathrm{CO}}_2(\mathrm{g})+{\mathrm{H}}_2(\mathrm{g}\left)\right]$ 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 ${\mathrm{H}}_2$ 缓慢地通过处于 $721\mathrm{}\mathrm{℃}$ 下的过量氧化钴 $\mathrm{CoO}\left(\mathrm{s}\right)$ ，氧化钴部分被还原为金属钴 $\mathrm{Co}\mathrm{（}\mathrm{s}\mathrm{）}$ ，平衡后气体中 ${\mathrm{H}}_2$ 的物质的量分数为0.0250。

②在同一温度下用 $\mathrm{CO}$ 还原 $\mathrm{CoO}\left(\mathrm{s}\right)$ ，平衡后气体中 $\mathrm{CO}$ 的物质的量分数为0.0192。

根据上述实验结果判断，还原 $\mathrm{CoO}\left(\mathrm{s}\right)$ 为 $\mathrm{Co}\mathrm{（}\mathrm{s}\mathrm{）}$ 的倾向是 $\mathrm{CO}$ _________（填"大于"或"小于"） ${\mathrm{H}}_2$ 。

（2） $721\mathrm{}\mathrm{℃}$ 时，在密闭容器中将等物质的量的 $\mathrm{Co}\mathrm{（}\mathrm{g}\mathrm{）}$ 和 ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\left(\mathrm{g}\right)$ 混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中 ${\mathrm{H}}_2$ 的物质的量分数为_________（填标号）。

A． $\mathrm{＜}0.25$    B． $0.25$    C． $0.25~0.50$     D． $0.50$     E． $\mathrm{＞}0.50$

（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 $\mathrm{\Delta }\mathrm{H}$ ________（填"大于""等于"或"小于"）0。该历程中最大能垒（活化能） ${\mathrm{E}}_{\mathrm{正}}$ =_________ $\mathrm{eV}$ ，写出该步骤的化学方程式_______________________。

（4）Shoichi研究了 $467\mathrm{}\mathrm{℃、}489\mathrm{}\mathrm{℃}$ 时水煤气变换中 $\mathrm{CO}$ 和 ${\mathrm{H}}_2$ 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 $p_{H_{2}O}$ 和 $p_{\mathit{CO}}$ 相等、 ${\mathrm{PCO}}_2$ 和 $P_{H_2}$ 相等。

计算曲线a的反应在 $30~90\mathit{min}$ 内的平均速率 $\genfrac{}{}{0pt}{}{-}{v}$ (a)=___________ $\mathit{kPa}·{\mathit{min}}^{-1}$ 。 $467℃$ 时 $P_{H_2}$ 和 $p_{\mathit{CO}}$ 随时间变化关系的曲线分别是_______、_______。 $489°C$ 时 $P_{H_2}$ 和 $p_{\mathit{CO}}$ 随时间变化关系曲线分别是     、     。

二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题：

（1）二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为：

$\text{C}{\text{O}}_2\left(g\right)+3H_2\left(g\right)=\text{C}{\text{H}}_3\text{OH}\left(g\right)+H_{2}O\left(g\right)$

该反应一般认为通过如下步骤来实现：

① $\text{C}{\text{O}}_2\left(g\right)+H_2\left(g\right)=\text{CO}\left(g\right)+H_{2}O\left(g\right)\mathit{\hspace{0.33em}\hspace{0.33em}\hspace{0.33em}}\Delta H_1=+41\text{kJ}\cdot \text{mo}{\text{l}}^{-1}$

② $\text{CO}\left(g\right)+2H_2\left(g\right)=\text{C}{\text{H}}_3\text{OH}\left(g\right)\mathit{\hspace{0.33em}\hspace{0.33em}\hspace{0.33em}}\Delta H_2=-90\text{kJ}\cdot \text{mol}$

总反应的 $\mathit{\Delta H}=$ _______ $\mathit{kJ}\cdot \mathit{mo}{l}^{-1}$ ；若反应①为慢反应，下列示意图中能体现上述反应能量变化的是________（填标号），判断的理由是_______。

（2）合成总反应在起始物 $n\left(H_2\right)/n\left(C{O}_2\right)=3$ 时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为 $x\left(C{H}_3\mathit{OH}\right)$ ，在 $t=250$ ℃下的 $x\left(C{H}_3\mathit{OH}\right)\sim p$ 、在 $p=5\times 10^5\mathit{Pa}$ 下的 $x\left(C{H}_3\mathit{OH}\right)~t$ 如图所示。

①用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式 $K_p=$ ________；

②图中对应等压过程的曲线是________，判断的理由是_________；

③当 $x\left(C{H}_3\mathit{OH}\right)=0.10$ 时， $C{O}_2$ 的平衡转化率 $\alpha =$ __________，反应条件可能为________或_______。