2023年高考浙江化学卷(6月)第19题

做真题，学化学，带你畅游化学知识海洋，掌握化学内在逻辑规律，满分高分不是梦。本题为化学反应原理大题，涉及反应热、平衡移动及计算，工业操作、催化过程分析等。提取有效信息，运用化学规律，解答问题。

19．（10分）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：CO(g)＋H₂O(g)⇌CO₂(g)＋H₂(g)  △H＝－41.2 kJ/mol

该反应分两步完成：

①3Fe₂O₃(s)＋CO(g)⇌2Fe₃O₄(s)＋CO₂(g)  △H₁＝－47.2 kJ/mol

②2Fe₃O₄(s)＋H₂O(g)⇌3Fe₂O₃(s)＋H₂(g)  △H₂

回答下列问题：

（1）△H₂＝____________ kJ/mol。

（2）恒定总压1.70MPa和水碳比[n(H₂O)/n(CO)＝12︰5]投料，在不同条件下达到平衡时CO₂和H₂的分压（某成分分压＝总压×该成分的物质的量分数）如下表：

P(分压)	P(CO2)/MPa	P(H2)/MPa	P(CH4)/MPa
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K＝______________。

②对比条件1，条件2中H₂产率下降是因为发生了一个不涉及CO₂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O₂

B．恒定水碳比[n(H₂O)/n(CO)]，增加体系总压可提高H₂的平衡产率

C．通入过量的水蒸气可防止Fe₃O₄被进一步还原为Fe

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CO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________________________________________________________。

解析和解答如下：

（1）考查盖斯定律的应用。构造方程式：

水煤气变换反应=①+②。根据盖斯定律：

ΔH₂=ΔH-ΔH₁=-41.2-(-47.2) =+6.0 kJ·mol^-1。

（2）①反应分子数不变，总压不变，P=1.70 MPa。

根据所给的数据和反应系数关系，CO和H₂O均有0.40 MPa的分压转化。平衡后分压：

P(H₂O)=1.70×12/(12+5)-0.40=0.80 MPa;

P(CO)=1.70×5/(12+5)-0.40=0.10 MPa。

K=P(H₂)·P(CO₂)/[P(H₂O)·P(CO)]

=0.40×0.40÷(0.80×0.10)=2

②该副反应不涉及CO₂，反应物和产物均无CO₂。副反应产生CH₄，根据C守恒，CO为反应物；根据H守恒，H₂为反应物。根据原子守恒，O与H结合，生成产物H₂O。方程式如下：

（3）对选项A：O₂存在会消耗反应物CO，另外从安全角度CO和O₂混合物易发生爆炸。正确。

对选项B：反应分子数不变，增加总压，不影响平衡，不会提高H₂产率。错误。

对选项C：过量的水蒸气会将Fe氧化为Fe₃O₄，防止还原性的CO将Fe₃O₄还原为Fe。正确。

对选项D：通入惰性气体增加总压，反应物的分压不变，浓度不变，反应速率不变。错误。

选AC。

（4）①对选项A：按原水碳比通入冷的原料气，反应温度降低，化学反应速率减小，导致CO的转化率减小。随着反应放热温度升高，反应速率增大，CO转化率增大，趋近平衡曲线，与图中变化相符。正确。

对选项B：喷入冷水(蒸气)，可以降低温度，只增大水蒸气的浓度，一开始就会导致 CO 的转化率增大，与图中变化不符，错误。

对选项C：通过热交换器换热，可以将热量移出反应体系，降低温度，由于投料比没有变化，化学反应速率减小，导致CO的转化率减小，与图中变化相符，正确;

选AC。

②采用喷入冷水(蒸气)降温，CO的平衡转化率始终会高于现有的平衡曲线，反应放热，温度升高，CO的平衡转化率降低。如下图红线：

（5）温度影响反应物分子的运动，影响反应物分子在催化剂表面吸附。

反应物分子在催化剂表面的吸附过程为快速平衡，过程放热。升温，吸附平衡逆向移动，吸附的反应物浓度降低。

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