工业上由焦炭或天然气制氢气的过程中会产生一氧化碳．为了除去氢气中混有的一氧化碳，可在催化剂存在的条件下发生反应：CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g）△H=-41.0kJ/mol该反应在工业上

Question

工业上由焦炭或天然气制氢气的过程中会产生一氧化碳．为了除去氢气中混有的一氧化碳，可在催化剂存在的条件下发生反应：
CO（g）+H₂O（g）⇌CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.0kJ/mol
该反应在工业上被称为“一氧化碳变换”反应．
（1）在一个容积为1L的密闭容器中加入1molCO和3molH₂O（g），发生上述反应，5min后达到平衡，测得该反应实际放出的热量为20.5kJ，迅速导出热量，保持容器中温度不变．则该时间范围内反应的平均速率ν（CO）= ___；平衡常数K的数值为 ___．
（2）某工业合成氨的原料气组成为：H₂ 40%、N₂ 20%、CO 30%、CO₂10%（均为体积分数）．
现采用“一氧化碳变换”法，向上述原料气中加入水蒸气，将其中的CO除去．已知不同温度
及反应物投料比（(n(H2O))/(n(CO))）下，变换反应后平衡混合气体中CO的体积分数如下表所示：

温度/℃\CO的体积分数%\投料比	(n(H2O))/(n(CO))=1	(n(H2O))/(n(CO))=3	(n(H2O))/(n(CO))=5
200 250 300 350	1.70 2.73 6.00 7.85	0.21 0.30 0.84 1.52	0.02 0.06 0.43 0.80

①平衡混合气体中CO的体积分数越大，则CO的平衡转化率越 ___（填“大”或“小”）．
②从该反应的化学方程式分析，反应物投料比（(n(H2O))/(n(CO))）越大，CO的平衡转化率越 ___（填
“大”或“小”），与上表中的数据分析结果 ___（填“相符”或“不符”）．根据对上表的分析，为提高CO平衡转化率，还可以采取的措施是 ___．
③不同温度下该反应K值：K（300℃） ___K（200℃）（填“>”、“=”或“<”）．
④温度是一氧化碳变换工艺中最重要的条件，实际生产过程中将温度控制在300℃左右，其原因是 ___．

Answer 1

（1）测得该反应实际放出的热量为20.5kJ，则反应消耗的CO的物质的量为：n（CO）=(20.5KJ)/(41KJ/mol)=0.5mol，
利用三段式法可得：
       CO（g）+H₂O（g）⇌CO₂（g）+H₂（g）
起始：1mol      3mol     0         0
转化：0.5mol    0.5mol  0.5mol   0.5mol
平衡  0.5mol   2.5mol   0.5mol   0.5mol
该时间范围内反应的平均速率ν （CO ）=((0.5mol)/(1L))/(5min)=0.1 mol•L^-1•min^-1；
该温度下该反应的平衡常数为：K=(c(CO2)c(H2))/(c(CO)c(H2O))=((0.5)/(1)×(0.5)/(1))/((0.5)/(1)×(2.5)/(1))=0.2；
故答案为：0.1 mol/（L•min），0.2；
（2）①由表中数据可知，温度一定时，反应物投料比(n(H2O))/(n(CO))越大，平衡时CO的体积分数越小，CO的转化率越大，平衡混合气体中CO的体积分数越大，则CO的平衡转化率越小；
故答案为：小；
②由表中数据可知，温度一定时，反应物投料比(n(H2O))/(n(CO))越大，平衡时CO的体积分数越小，CO的转化率越大，与上表中的数据分析结果相符；反应物投料比(n(H2O))/(n(CO))一定时，温度越低，平衡时CO的体积分数越小，CO的转化率越高，所以降低温度，增大反应物投料比(n(H2O))/(n(CO))或原料气中水蒸气的比例，可以增大CO的转化率，
故答案为：大，相符，降低温度；
③CO（g）+H₂O（g）⇌CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.0kJ/mol，反应是放热反应，升高温度平衡逆向进行，平衡常数减小，所以K（300℃）<K（200℃）；
故答案为：<；
④尽管提高温度，会提高反应速率，但平衡逆向移动，CO的转化率下降，实际生产过程中应该综合考虑速率和平衡两个方面，选择最佳温度为300℃，
故答案为：提高温度，会提高反应速率，但平衡逆向移动，CO的转化率下降，实际生产过程中应该综合考虑速率和平衡两个方面；