Question

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

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

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

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

（3）水煤氣法制氫。CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH <0，在進氣比[n(CO)∶n(H2O)]不同時，測得相應的CO的平衡轉化率見圖2（各點對應的反應溫度可能相同，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點對應溫度下反應經5min 達到平衡，則v(CO) 等于_________mol/(L·min)

②圖中B、E 兩點對應的反應溫度分別為TB和TE判斷：TB______TE （填“<”“=”或“>”）。

③經分析，A、E 和G三點對應的反應溫度都相同為T℃，其原因是A、E 和G三點對應的_____________相同。

④當T℃時，若向一容積可變的密閉容器中同時充入3.0 mol CO、1.0 mol H2O、1.0mol CO2和x mol H2，要使上述反應開始時向正反應方向進行，則x應滿足的條件是_________________________________。

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

則鉑電極的電極反應為_______________________________。

（5）Mg2Cu是一種儲氫合金。350℃時，Mg2Cu與H2反應，生成Mg2Cu和僅含一種金屬元素的氫化物（其中氫的質量分數約為0.077）。Mg2Cu與H2反應的化學方程式為___________________________。

Answer 1

【答案】 K= CH3CH2OH(g)+H2O(g)==4H2(g)+2CO(g) ΔH=+248kJ·mol-1 0.006 > 化學平衡常數（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)，該反應的平衡常數表達式為K=；（2）根據圖中信息可知，反應為CH3CH2OH(g)+H2O(g)==4H2(g)+2CO(g)，升高溫度K值增大，說明平衡向正反應方向移動，正反應旋轉吸熱反應，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點進氣比[n(CO)∶n(H2O)]=1.5，則開始時n(CO)= 0.l5mol，CO的平衡轉化率為40%，則消耗的CO的物質的量為0.06mol，對應溫度下反應經5min 達到平衡，則v(CO) 等于=0.006mol/(L·min)；②已知反應CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH <0為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，CO的轉化率減小，圖中B、E兩點對應的反應的溫度分別為TB、TE，兩點的進氣比[n(CO)∶n(H2O)]E點的大但CO的轉化率相等，說明水的轉化率E點的大，相當于平衡正向移動，則應該為降低溫度，TB>TE；，，（4）依據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，電極反應為：2H2O+2e-=H2↑+2OH-；（5）由Mg2Cu變為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，再根據其中氫的質量分數為0.077，則Mg與H物質的量之比為＝，即化學式為MgH2，則反應的化學方程式為：2Mg2Cu＋3H2MgCu2＋3MgH2。