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(2019·全国卷Ⅰ,节选)水煤气变换[CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) ΔH<0]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H2缓慢地通过处于721 ℃下的过量氧化钴CoO(s),氧化钴部分被还原为金属钴Co(s),平衡后气体中H2的物质的量分数为0.025 0。
②在同一温度下用CO还原CoO(s),平衡后气体中CO的物质的量分数为0.019 2。
根据上述实验结果判断,还原CoO(s)为Co(s)的倾向是CO ________H2(填“大于”或“小于”)。
(2)721 ℃时,在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合,采用适当的催化剂进行反应,则平衡时体系中H2的物质的量分数为________(填标号)。
A.<0.25 B.0.25
C.0.25~0.50 D.0.50
E.>0.50
(3)Shoichi研究了467 ℃、489 ℃时水煤气变换中CO和H2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pH2O和pCO相等、pCO2和pH2相等。
计算曲线a的反应在30~90 min内的平均速率(a)=________ kPa·min-1。467 ℃时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是________、________。489 ℃时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是________、________。
[思路点拨] (1)根据条件①、②可算出
由KH2<KCO知还原CoO的倾向是CO大于H2。
(2)CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) K==1.3,根据三段式可估算平衡时H2的物质的量分数约为0.267。
(3)(a)= kPa·min-1。
根据(2)中H2的物质的量分数为0.25~0.50间可知CO的为0~0.25之间。上部分a、b代表H2的分压,下部分d、c代表CO