工业上，以煤炭为原料，通入一定比例的空气和水蒸气，经过系列反应可以得到满足不同需求的原料气。请回答：

(1) 在 C 和 O ₂ 的反应体系中：

反应 1 ： C(s)+O ₂ (g)=CO ₂ (g) ΔH ₁ =-394kJ·mol ^-1

反应 2 ： 2CO(g)+O ₂ (g)=2CO ₂ (g) ΔH ₂ =-566kJ·mol ^-1

反应 3 ： 2C(s)+O ₂ (g)=2CO(g) ΔH ₃ 。

① 设 y=ΔH-TΔS ，反应 1 、 2 和 3 的 y 随温度的变化关系如图 1 所示。图中对应于反应 3 的线条是 。

② 一定压强下，随着温度的升高，气体中 CO 与 CO ₂ 的物质的量之比 。

A ．不变 B ．增大 C ．减小 D ．无法判断

(2) 水煤气反应： C(s)+H ₂ O(g)=CO(g)+H ₂ (g) ΔH=131kJ·mol ^-1 。工业生产水煤气时，通常 交替通入 合适量的空气和水蒸气与煤炭反应，其理由是 。

(3) 一氧化碳变换反应： CO(g)+H ₂ O(g)=CO ₂ (g)+H ₂ (g) ΔH=-41kJ·mol ^-1 。

① 一定温度下，反应后测得各组分的平衡压强 ( 即组分的物质的量分数 × 总压 ) ： p(CO)=0.25MPa 、 p(H ₂ O)=0.25MPa 、 p(CO ₂ )=0.75MPa 和 p(H ₂ )=0.75MPa ，则反应的平衡常数 K 的数值为 。

② 维持与题 ① 相同的温度和总压，提高水蒸气的比例，使 CO 的平衡转化率提高到 90% ，则原料气中水蒸气和 CO 的物质的量之比为 。

③ 生产过程中，为了提高变换反应的速率，下列措施中合适的是 。

A ．反应温度愈高愈好 B ．适当提高反应物压强

C ．选择合适的催化剂 D ．通入一定量的氮气

④ 以固体催化剂 M 催化变换反应，若水蒸气分子首先被催化剂的活性表面吸附而解离，能量 - 反应过程如图 2 所示。

用两个化学方程式表示该催化反应历程 ( 反应机理 ) ：步骤 Ⅰ ： ；步骤 Ⅱ ： 。

答案

(1)     a     B

(2) 水蒸气与煤炭反应吸热，氧气与煤炭反应放热，交替通入空气和水蒸气有利于维持体系热量平衡，保持较高温度，有利于加快化学反应速率

(3)     9.0     1.8 ： 1     BC     M+H ₂ O=MO+H ₂ MO+CO=M+CO ₂

【详解】（ 1 ） ① 由已知方程式： (2× 反应 1- 反应 2) 可得反应 3 ，结合盖斯定律得： ，反应 1 前后气体分子数不变，升温 y 不变，对应线条 b ，升温促进反应 2 平衡逆向移动，气体分子数增多，熵增， y 值增大，对应线条 c ，升温促进反应 3 平衡逆向移动，气体分子数减少，熵减， y 值减小，对应线条 a ，故此处填 a ；

② 温度升高，三个反应平衡均逆向移动，由于反应 2 焓变绝对值更大，故温度对其平衡移动影响程度大，故 CO ₂ 物质的量减小， CO 物质的量增大，所以 CO 与 CO ₂ 物质的量比值增大，故答案选 B ；

（ 2 ）由于水蒸气与煤炭反应吸热，会引起体系温度的下降，从而导致反应速率变慢，不利于反应的进行，通入空气，利用煤炭与 O ₂ 反应放热从而维持体系温度平衡，维持反应速率，故此处填：水蒸气与煤炭反应吸热，氧气与煤炭反应放热，交替通入空气和水蒸气有利于维持体系热量平衡，保持较高温度，有利于加快反应速率；

（ 3 ） ① 该反应平衡常数 K = ；

② 假设原料气中水蒸气为 x mol ， CO 为 1 mol ，由题意列三段式如下： ，则平衡常数 K = ，解得 x=1.8 ，故水蒸气与 CO 物质的量之比为 1.8 ： 1 ；

③A ．反应温度过高，会引起催化剂失活，导致反应速率变慢， A 不符合题意；

B ．适当增大压强，可加快反应速率， B 符合题意；

C ．选择合适的催化剂有利于加快反应速率， C 符合题意；

D ．若为恒容条件，通入氮气对反应速率无影响，若为恒压条件，通入氮气后，容器体积变大，反应物浓度减小，反应速率变慢， D 不符合题意；

故答案选 BC ；

④ 水分子首先被催化剂吸附，根据元素守恒推测第一步产生 H ₂ ，第二步吸附 CO 产生 CO ₂ ，对应反应历程依次为： M+H ₂ O=MO+H ₂ 、 MO+CO=M+CO ₂ 。