题目

氢能是一种极具发展潜力的清洁能源。下列反应是目前大规模制取氢气的方法之一、(g)+(H)_(2)O(g)=!=!= C(O)_(2)(g)+(H)_(2)(g)(g)+(H)_(2)O(g)=!=!= C(O)_(2)(g)+(H)_(2)(g)(1)在生产中，欲使CO的转化率提高，同时提高(g)+(H)_(2)O(g)=!=!= C(O)_(2)(g)+(H)_(2)(g)的产率，可采取哪些措施___________？(2)在容积不变的密闭容器中，将2.0molCO与8.0mol(g)+(H)_(2)O(g)=!=!= C(O)_(2)(g)+(H)_(2)(g)混合加热到830℃发生上述反应，达到平衡时CO的转化率是80%。计算该反应的平衡常数___________。(3)实验发现，其他条件不变，在相同时间内，向上述体系中投入一定量的CaO可以明显提高(g)+(H)_(2)O(g)=!=!= C(O)_(2)(g)+(H)_(2)(g)的体积分数。对比实验的结果如图所示。(g)+(H)_(2)O(g)=!=!= C(O)_(2)(g)+(H)_(2)(g)请思考：投入CaO时，(g)+(H)_(2)O(g)=!=!= C(O)_(2)(g)+(H)_(2)(g)的体积分数为什么会增大___________？微米CaO和纳米CaO对平衡的影响为何不同___________？

氢能是一种极具发展潜力的清洁能源。下列反应是目前大规模制取氢气的方法之一、

(1)在生产中，欲使CO的转化率提高，同时提高的产率，可采取哪些措施___________？
(2)在容积不变的密闭容器中，将2.0molCO与8.0mol混合加热到830℃发生上述反应，达到平衡时CO的转化率是80%。计算该反应的平衡常数___________。
(3)实验发现，其他条件不变，在相同时间内，向上述体系中投入一定量的CaO可以明显提高的体积分数。对比实验的结果如图所示。

请思考：投入CaO时，的体积分数为什么会增大___________？微米CaO和纳米CaO对平衡的影响为何不同___________？

题目解答

答案

解析

步骤 1：分析CO的转化率提高和H2的产率提高的措施
CO的转化率提高和H2的产率提高可以通过降低温度和增大水蒸气的浓度来实现。降低温度有利于放热反应的进行，而增大水蒸气的浓度可以提高反应物的浓度，从而提高CO的转化率和H2的产率。

步骤 2：计算平衡常数
根据题目给出的反应方程式和平衡时CO的转化率，可以计算出平衡时各物质的浓度。然后根据平衡常数的定义，计算出平衡常数。
反应方程式：$CO(g)+{H}_{2}O(g)=\!=\!= C{O}_{2}(g)+{H}_{2}(g)$
平衡时CO的转化率是80%，即有1.6molCO转化为CO2和H2，剩余0.4molCO。因此，平衡时各物质的浓度为：
$[CO]=0.4mol/L$，$[H_2O]=6.4mol/L$，$[CO_2]=1.6mol/L$，$[H_2]=1.6mol/L$
平衡常数$K=\frac{[CO_2][H_2]}{[CO][H_2O]}=\frac{1.6\times1.6}{0.4\times6.4}=1$

步骤 3：分析CaO对平衡的影响
投入CaO时，CaO与CO2反应生成CaCO3，CO2的浓度减小，平衡正向移动，H2的体积分数增大。微米CaO和纳米CaO对平衡的影响不同，因为纳米CaO比微米CaO颗粒更小，接触面积增大，使反应速率加快，相同时间内反应程度更大。