Question

【題目】氫氣是一種理想的清潔能源，氫氣的制取與儲(chǔ)存是氫能源利用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

（1）直接熱分解法制氫。某溫度下，H2O(g)H2(g)+O2(g)。該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=_____。

（2）乙醇水蒸氣重整制氫。其部分反應(yīng)過(guò)程和反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度變化曲線如圖1所示：

反應(yīng)中，某溫度下每生成1mol H2(g) 熱量變化是62 kJ。則該溫度下圖1所示反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是______________________________________。

（3）水煤氣法制氫。CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH <0，在進(jìn)氣比[n(CO)∶n(H2O)]不同時(shí)，測(cè)得相應(yīng)的CO的平衡轉(zhuǎn)化率見(jiàn)圖2（各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度可能相同，也可能不同）。

①往維持恒溫的2L密閉容器中加入一定量的CO和0.lmol H2O(g)，在圖中G點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下反應(yīng)經(jīng)5min 達(dá)到平衡，則v(CO) 等于_________mol/(L·min)

②圖中B、E 兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度分別為TB和TE判斷：TB______TE （填“<”“=”或“>”）。

③經(jīng)分析，A、E 和G三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度都相同為T℃，其原因是A、E 和G三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的_____________相同。

④當(dāng)T℃時(shí)，若向一容積可變的密閉容器中同時(shí)充入3.0 mol CO、1.0 mol H2O、1.0mol CO2和x mol H2，要使上述反應(yīng)開(kāi)始時(shí)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，則x應(yīng)滿(mǎn)足的條件是_________________________________。

（4）光電化學(xué)分解制氫。其原理如圖3，鈦酸鍶光電極的電極反應(yīng)為：4OH--4e-O2+2H2O

則鉑電極的電極反應(yīng)為_______________________________。

（5）Mg2Cu是一種儲(chǔ)氫合金。350℃時(shí)，Mg2Cu與H2反應(yīng)，生成Mg2Cu和僅含一種金屬元素的氫化物（其中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0.077）。Mg2Cu與H2反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________________________。

Answer 1

【答案】 K= CH3CH2OH(g)+H2O(g)==4H2(g)+2CO(g) ΔH=+248kJ·mol-1 0.006 > 化學(xué)平衡常數(shù)（或K） 0≤x＜3（或x<3也給分） 2H2O+2e-==H2↑+ 2OH- 2Mg2Cu +3H2MgCu2+3MgH2

【解析】（1）某溫度下，H2O(g)H2(g)+O2(g)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=；（2）根據(jù)圖中信息可知，反應(yīng)為CH3CH2OH(g)+H2O(g)==4H2(g)+2CO(g)，升高溫度K值增大，說(shuō)明平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)旋轉(zhuǎn)吸熱反應(yīng)，某溫度下每生成1mol H2(g) 熱量變化是62 kJ，則ΔH=+（624）kJ·mol-1=+248kJ·mol-1，故熱反應(yīng)方程式為CH3CH2OH(g)+H2O(g)==4H2(g)+2CO(g) ΔH=+248kJ·mol-1；(3) ①往維持恒溫的2L密閉容器中加入一定量的CO和0.lmol H2O(g)，在圖中G點(diǎn)進(jìn)氣比[n(CO)∶n(H2O)]=1.5，則開(kāi)始時(shí)n(CO)= 0.l5mol，CO的平衡轉(zhuǎn)化率為40%，則消耗的CO的物質(zhì)的量為0.06mol，對(duì)應(yīng)溫度下反應(yīng)經(jīng)5min 達(dá)到平衡，則v(CO) 等于=0.006mol/(L·min)；②已知反應(yīng)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH <0為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率減小，圖中B、E兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)的溫度分別為TB、TE，兩點(diǎn)的進(jìn)氣比[n(CO)∶n(H2O)]E點(diǎn)的大但CO的轉(zhuǎn)化率相等，說(shuō)明水的轉(zhuǎn)化率E點(diǎn)的大，相當(dāng)于平衡正向移動(dòng)，則應(yīng)該為降低溫度，TB>TE；，，（4）依據(jù)裝置圖中的電子流向分析，鉑電極做原電池正極，溶液中氫離子得到電子生成氫氣，電極反應(yīng)為：2H2O+2e-=H2↑+2OH-；（5）由Mg2Cu變?yōu)?/span>MgCu2，可知Mg含量下降，則生成物中氫化物僅含的一種金屬元素必為Mg，再根據(jù)其中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.077，則Mg與H物質(zhì)的量之比為＝，即化學(xué)式為MgH2，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Mg2Cu＋3H2MgCu2＋3MgH2。