Question

【題目】氫能是理想的清潔能源，資源豐富。以太陽能為熱源分解Fe3O4，經(jīng)由熱化學(xué)鐵氧化合物循環(huán)分解水制H2的過程如下:

（1）過程I :2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g) △H=+313.2 kJ/mol

①過程I需要將O2不斷分離出去，目的是______________。

②一定溫度下，在容積可變的密閉容器中，該反應(yīng)已達(dá)到平衡。下列說法正確的是____(填字母標(biāo)號(hào)) 。

a.容器內(nèi)氣體密度和相對(duì)分子質(zhì)量都不再改變

b.升高溫度，容器內(nèi)氣體密度變大

c.向容器中通入N2，F(xiàn)e3O4 轉(zhuǎn)化率不變

d.縮小容器容積，O2(g)濃度變大

③在壓強(qiáng)p1下，Fe3O4的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線如圖甲所示。若將壓強(qiáng)由p1增大到p2在圖甲中畫出p2的α(Fe3O4)~T 曲線示意圖。___________

（2）已知H2的燃燒熱是285.8kJ/mol，則液態(tài)水通過過程II轉(zhuǎn)化的熱化學(xué)方程式為______。

（3）其他條件不變時(shí)，過程II在不同溫度下，H2O的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化α(H2O)~t曲線如圖乙所示，溫度T1、T2、T3由大到小的關(guān)系是_________，判斷依據(jù)是_________。

（4）科研人員研制出透氧膜(OTM)，它允許電子和O2-同時(shí)透過，可實(shí)現(xiàn)水連續(xù)分解制H2，工作時(shí)CO、H2O分別在透氧膜的兩側(cè)反應(yīng)。工作原理如圖所示:

CO 在________側(cè)反應(yīng)(填“a”或“b”)，另一側(cè)的電極反應(yīng)式為______________。

Answer 1

【答案】提高Fe3O4的轉(zhuǎn)化率 ab 3FeO(s)+ H2O(l)=H2(g)+ Fe3O4(s) △H =+129.2kJ/mol Tl>T2>T3 其他條件相同時(shí)，圖像斜率Tl>T2>T3,即反應(yīng)速率Tl>T2>T3，而溫度越高，反應(yīng)速率越快，所以Tl>T2>T3 b H2O+2e-=H2+O2-

【解析】

(1)過程Ⅰ：2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g)△H=+313.18kJmol-1。

①將O2分離出去，平衡正向移動(dòng)，目的是提高Fe3O4的轉(zhuǎn)化率，故答案為：提高Fe3O4的轉(zhuǎn)化率；

②a.容器內(nèi)只有氧氣，溫度不變，平衡常數(shù)不變，氧氣的濃度不變，則平衡時(shí)氣體密度和相對(duì)分子質(zhì)量不變，正確；b.正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡正向移動(dòng)，平衡常數(shù)增大，氧氣的濃度增大，相當(dāng)于體積減小，容器內(nèi)氣體密度變大，正確；c.向容器中通入N2，容器的體積增大，氧氣的濃度減小，平衡正向移動(dòng)，Fe3O4轉(zhuǎn)化率增大，錯(cuò)誤；d.溫度不變，平衡常數(shù)不變，縮小容器容積，O2(g)濃度不變，錯(cuò)誤；故選ab；

③壓強(qiáng)增大，平衡向氣體系數(shù)減小的方向移動(dòng)，平衡逆向移動(dòng)，Fe3O4的轉(zhuǎn)化率降低，所以圖像為：，故答案為：；

(2)由圖可知：過程Ⅱ的化學(xué)方程式是氧化亞鐵與水反應(yīng)生成四氧化三鐵和氫氣，所以反應(yīng)方程式為：3FeO+H2OFe3O4+H2，過程Ⅰ：①2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g)△H=+313.18kJmol-1，H2的燃燒熱是285.8kJ/mol，即②H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H=—285.8kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律，將(①×+②)×-1得：3FeO(s)+H2O(l)=H2(g)+Fe3O4(s) △H=+129.2kJ/mol，故答案為：3FeO(s)+H2O(l)=H2(g)+Fe3O4(s) △H=+129.2kJ/mol；

(3)T1＞T2＞T3；初始?jí)簭?qiáng)相同，濃度相同，圖像斜率T1＞T2＞T3，溫度越高，反應(yīng)速率越大，則說明T1＞T2＞T3，故答案為：T1＞T2＞T3；其他條件相同時(shí)，圖像斜率Tl>T2>T3,即反應(yīng)速率Tl>T2>T3，而溫度越高，反應(yīng)速率越快，所以Tl>T2>T3；

(4)本實(shí)驗(yàn)利用水制取氫氣，H2O得電子生成H2和O2-，O2-通過OTM進(jìn)入b側(cè)，所以H2O在a側(cè)，CO在b側(cè)反應(yīng)，a側(cè)的電極反應(yīng)式為H2O+2e-=H2+O2-，故答案為：b；H2O+2e-=H2+O2-。