Question

【題目】氫氣的制取與儲(chǔ)存是氫能源利用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。回答下列問(wèn)題:

（1）直接熱分解法制氫

某溫度下，2H2O(g)2H2(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

反應(yīng)過(guò)程和反應(yīng)的平衡常數(shù)(K)隨溫度(T)的變化曲線如圖1所示。某溫度下，圖1所示反應(yīng)每生成1molH2(g)，熱量變化是62kJ，則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為_____________。

（3）水煤氣法制氫

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H<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(圖中各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度可能相同，也可能不同)。

①向2L恒溫恒容密閉容器中加入一定量的CO和0.1molH2O(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，則平均反應(yīng)速率v(CO)=________。

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

③經(jīng)分析，A、E、G三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度都相同(均為T℃)，其原因是A、E、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3.0molCO、1.0molH2O(g)、1.0molCO2和x molH2，為使上述反應(yīng)開始時(shí)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，則x應(yīng)滿足的條件是______。

（4）光電化學(xué)分解制氫

反應(yīng)原理如圖3，鈦酸鍶光電極的電極反應(yīng)式為4OH-－4e－＝O2↑＋2H2O，則鉑電極的電極反應(yīng)式為________________。

（5）Mg2Cu是一種儲(chǔ)氫合金。350℃時(shí)，Mg2Cu與H2反應(yīng)，生成MgCu2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7.7%)。該反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________。

Answer 1

【答案】 CH3CH2OH(g)+H2O(g)4H2(g)+2CO(g)△H=+248kJ/mol 0.006mol·L-l·min-1 > 化學(xué)平衡常數(shù)(或K) 0≤x<3 2H2O+2e-=H2↑+2OH-

【解析】（1）反應(yīng)的平衡常數(shù)為生成濃度的系數(shù)次方相乘，再除以反應(yīng)物濃度的系數(shù)次方相乘，所以表達(dá)式為： 。

（2）由圖1所示，隨溫度升高，反應(yīng)的K值增大，說(shuō)明該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。圖示方程式為：CH3CH2OH(g)+H2O(g)4H2(g)+2CO(g)，每生成1molH2(g)，熱量變化（吸熱）是62kJ，所以熱化學(xué)方程式為：CH3CH2OH(g)+H2O(g)4H2(g)+2CO(g)△H=+248kJ/mol

（3）①圖中G點(diǎn)的n(CO):n(H2O)=1.5，所以加入的CO為0.15mol，達(dá)平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率為40%，所以反應(yīng)的CO為0.06mol，除以容器體積和反應(yīng)時(shí)間，得到v(CO)= 0.006mol·L-l·min-1。

②如果B、E同溫，則B→E的過(guò)程中，隨著n(CO):n(H2O)由0.5變?yōu)?/span>1，則CO的轉(zhuǎn)化率應(yīng)該降低，但是B、E兩點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率相等，說(shuō)明溫度的變化使E的轉(zhuǎn)化率升高了，所以由B→E應(yīng)該是降溫（反應(yīng)放熱，降溫平衡正向移動(dòng)），即TB＞TE。

③以G點(diǎn)為例，n(CO):n(H2O)=1.5，CO的轉(zhuǎn)化率為40%，有以下計(jì)算結(jié)果：

CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)

起始： 3 2 0 0

反應(yīng)： 1.2 1.2 1.2 1.2

平衡： 1.8 0.8 1.2 1.2

所以反應(yīng)的K=(1.2×1.2)÷(1.8×0.8)=1。重復(fù)如上計(jì)算，可以得到A點(diǎn)和E點(diǎn)的平衡常數(shù)也是1，所以三點(diǎn)的溫度相同。

④由③的計(jì)算結(jié)果，該溫度下平衡常數(shù)為1，按照題目的量加入容器，反應(yīng)的Q值為：(1×x)÷(1×3)=x/3，為保證平衡正向移動(dòng)，要求Q小于K，所以x/3＜1，即x＜3，反應(yīng)為：0≤x<3。

（4）由圖示在Pt電極上應(yīng)該發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，溶液中也只可能是水電離的氫離子得電子，所以方程式為：2H2O+2e-=H2↑+2OH-。

（5）350℃時(shí)，Mg2Cu與H2反應(yīng)，生成MgCu2和僅含一種金屬元素的氫化物，因?yàn)?/span>Mg2Cu→MgCu2的過(guò)程中Mg:Cu在減小，所以生成的含一種金屬元素的氫化物一定是Mg的氫化物。設(shè)該氫化物為MgHX，有x/(24+x)=7.7%，所以x=2。由上，方程式為：。