Question

氫氣是一種清潔能源，又是合成氨工業(yè)的重要原料．已知氫氣有多種制取方法：
①活潑金屬（如鈉、鉀）直接跟水反應；
②金屬（如鋅或鐵或鋁）跟稀鹽酸或稀硫酸反應；
③電解水制氫氣；
④由煤或焦炭跟水反應制取氫氣：C+H₂O（g） 

高溫  .

CO+H₂；
⑤由天然氣或重油制取氫氣：CH₄+H₂O（g） 

高溫    .

催化劑

 CO+3H₂；
（1）請你再補充一種制取氫氣的方法，寫出該反應的化學方程式

 

．
（2）比較方法①和⑤：

 

g金屬鈉跟水反應與標準狀況下11.2L CH₄跟水反應產(chǎn)生氫氣的量相等．
（3）在甲、乙、丙3個容積均為2L的密閉容器中，于相同的溫度下、使用相同的催化劑分別進行如下反應：
3H₂（g）+N₂（g）

高溫高壓

催化劑

2NH₃（g）．現(xiàn)按不同配比投入反應物，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時有關數(shù)據(jù)如下：

容器	甲	乙	丙
反應物投入量	3 mol H2、2 mol N2	6 mol H2、4mol N2	2 mol NH3
達到平衡的時間（min）	t1	5	8
N2的濃度（mol/L）	c1	1.5	c3
NH3的體積分數(shù)	ω1	ω2	ω3
混合氣體密度（g/L）	ρ1	ρ2	ρ3

①分析表數(shù)據(jù)，下列關系正確的是

 

（填寫序號字母）．
A．2c₁＞1.5mol/L     B．ω₃=ω₁    C．2ρ₁=ρ₂
②在該溫度下該反應的平衡常數(shù)K=

 

（用含c₁的代數(shù)式表示）．
（4）已知：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）；△H=+206.2kJ?mol-¹
CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）；△H=+247.4kJ?mol-¹
則甲烷和H₂O（g）反應生成H₂和CO₂的熱化學方程式為

 

．
（5）如圖所示裝置工作時均與H₂有關．

①圖1所示裝置中陽極的電極反應式為

 

．
②圖2所示裝置中，通入H₂的管口是

 

（選填字母代號）．
③某同學按圖3所示裝置進行實驗，實驗結束后，將玻璃管內固體物質冷卻后，溶于稀硫酸，充分反應后，滴加KSCN溶液，溶液不變紅，再滴入新制氯水，溶液變?yōu)榧t色．該同學據(jù)此得出結論：鐵與水蒸氣反應生成FeO和H₂．該結論

 

（填“嚴密”或“不嚴密”），你的理由是

 

（用離子方程式表示）．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,電解原理

專題：

分析：（1）根據(jù)生成氫氣的反應書寫；
（2）根據(jù)生成相同的氫氣進行計算；
（3）①先將丙中的數(shù)據(jù)按照化學計量數(shù)轉化成反應物氮氣、氫氣的物質的量，然后利用等效平衡知識進行分析；
②計算出反應前氮氣、氫氣的物質的量濃度，然后利用化學平衡三段式計算出達到平衡時各組分的濃度，最后根據(jù)化學平衡常數(shù)表達式計算出該溫度下的平衡常數(shù)；
（4）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；
（5）①陽極上失電子發(fā)生氧化反應；
②根據(jù)氫氧根離子的移動方向及氫氣的反應判斷氫氣所在的電極；
③根據(jù)反應現(xiàn)象知，溶液中沒有鐵離子，原因是部分鐵未被氧化，導致剩余的鐵和鐵離子反應生成亞鐵離子．

解答： 解：（1）結合以上生成氫氣的反應，還可以利用鋁的兩性來生成氫氣，即反應方程式為2Al+2 NaOH+2 H₂O=2 NaAlO₂+3 H₂↑，
故答案為：2Al+2 NaOH+2 H₂O=2 NaAlO₂+3 H₂↑；
（2）由反應⑤標準狀況下11.2L CH₄跟水反應產(chǎn)生氫氣的物質的量為

11.2L

22.4L/mol

×3=1.5mol
又根據(jù)2Na+2 H₂O=2 NaOH+H₂↑，要生成1.5mol氫氣則需要鈉3mol，故需要鈉的質量為3mol×23g/mol=69g，
故答案為：69；
（3）①恒溫、恒容條件下：
A．假設乙容器的容積為4L，則達到平衡時甲乙為等效平衡，各組分的含量、濃度相等，此時氮氣的濃度為c₁，然后將容器的容積縮小到2L，若平衡不移動，2c₁=1.5mol/L，由于壓強增大，平衡向著正向移動，氨氣的濃度增大，所以2c₁＞1.5mol/L，故A正確；    
B．丙中2mol氨氣相當于加入了1mol氮氣、3mol氫氣，而甲中為3mol H₂、2mol N₂，由于丙反應物氮氣的物質的量減小，生成的氨氣的物質的量減小，所以ω₃＜ω₁，故B錯誤；
C．反應前后都是氣體，容器的容積都是2L，乙中混合氣體的質量為甲的2倍，根據(jù)ρ=

m

V

可知：2ρ₁=ρ₂，故C正確；
故選AC；
②甲容器中，反應前氫氣濃度為：c（H₂）=

3mol

2L

=1.5mol/L，氮氣的濃度為：

2mol

2L

=1mol/L，達到平衡時氮氣的濃度變化為：（1-c₁）mol/L，
由化學平衡的三段式可得：3H₂（g）+N₂（g）?2NH₃（g）
反應前（mol/L）：1.5        1          0
濃度變化：（mol/L）：3（1-c₁）   （1-c₁）     2（1-c₁）
反應后：（mol/L）：1.5-3（1-c₁） 1-（1-c₁）  2（1-c₁）
在該溫度下甲容器中反應的平衡常數(shù)K=

(2-2c 1)2

c1?(3c 1-1.5) 3

，
故答案為：

(2-2c 1)2

c1?(3c 1-1.5) 3

；
（4）①CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ?mol^-1
②CH₄（g）+CO₂（g）═2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.4kJ?mol^-1
①×2-②得到CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165kJ?mol^-1 ；
故答案為：CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165kJ?mol^-1；
（5）①陽極上錳酸根離子失電子生成高錳酸根離子，電極反應式為：MnO₄^2--e^-=MnO₄^-，故答案為：MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；
②氫氧燃料堿性電池中，氫氣失電子和氫氧根離子反應生成水，圖片中氫氧根離子向d電極移動，說明d電極上是氫氣，故答案為：d；
③鐵和水蒸氣在高溫下反應生成四氧化三鐵和氫氣，根據(jù)反應現(xiàn)象知，該反應中部分鐵未參加反應導致剩余的鐵和鐵離子反應生成二價鐵離子，離子方程式為：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，所以說不嚴密，故答案為：不嚴密； 2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．

點評：本題考查了化學平衡的影響因素分析、化學反應速率的影響因素判斷、化學反應速率的計算、電化學知識等知識，題目難度中等，注意掌握化學平衡的影響因素、化學反應速率的計算方法，能夠利用蓋斯定律求算反應中的焓變，易錯點是氫氧燃料電池中電極的判斷，明確溶液中離子的移動方向是解此題的關鍵．