Question

【題目】氫能是一種極具發展潛力的清潔能源。

（1）氫氣的制取與儲存是氫能源利用領域的研究熱點．

已知：①CH4的燃燒熱為890KJ·mol-1； ②H2的熱值為50.2kJ·g－1

則甲烷部分氧化生成CO2和H2的熱化學方程式為___________________________________；該反應自發進行的條件是___________。

（2）Bodensteins研究了如下反應：2HI（g）H2（g）+I2（g）△H=+11kJ/mol在716K時，氣體混合物中碘化氫的物質的量分數x(HI)與反應時間t的關系如下表：

t/min	0	20	40	60	80	120
X(HI)	1.00	0.910	0.850	0.815	0.795	0.784
X(HI)	0.00	0.600	0.730	0.773	0.780	0.784

①根據上述實驗結果，該反應的平衡常數K的計算式為：___________。

②上述反應中，正反應速率為v正=k正x2(HI)，逆反應速率為v逆=k逆x(H2)x(I2)，其中k正、k逆為速率常數，若k正=9.00min-1，在t=20min時，v逆=__________min-1（保留三位有效數字）

③由上述實驗數據計算得到v正～x(HI)和v逆～x(H2)的關系可用下圖表示。在上述平衡基礎上，緩慢升高到某一溫度，反應重新達到平衡，請在下圖中畫出此過程的趨勢圖。______________

（3）一種可超快充電的新型鋁電池，充放電時AlCl4-和Al2Cl7-兩種離子在Al電極上相互轉化，其它離子不參與電極反應，放電時負極Al的電極反應式為______________________。

Answer 1

【答案】 CH4（g）+O2（g）=CO2（g）+2H2（g） △H3=-689.2KJ·mol-1 任意條件均自發 K=0.1082/0.7842 0.960或19.0 Al－3e－＋7 AlCl4—==4 Al2Cl7—

【解析】（1）CH4燃燒的熱化學方程式：①CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(l), H=-890KJ·mol-1，H2的熱值為50.2kJ·g－1，反應熱為100.4KJ·mol-1，熱化學方程式：②H2（g）+1/2O2(g)== H2O(l), H=-100.4KJ·mol-1；根據蓋斯定律：①-②×2，得CH4（g）+O2（g）=CO2（g）+2H2（g） △H3=-689.2KJ·mol-1；該反應為H<0，S>0，任意條件均自發進行反應；正確答案：CH4（g）+O2（g）=CO2（g）+2H2（g） △H3=-689.2KJ·mol-1 ；7任意條件均自發。

（2）(1)2HI(g)H2(g)＋I2(g)是反應前后氣體物質的量不變的反應；反應后x(HI)＝0.784，則x(H2)＝x(I2)＝0.108，K＝＝＝；正確答案：K=0.1082/0.7842 。

(2)到達平衡時，v正＝v逆，即k正x2(HI)＝k逆x(H2)x(I2)，k逆＝k正·＝k正/K，在t＝20 min時，x(H2)= x(I2)＝0.045，根據K= k正×k逆，已知k正=9.00min-1，所以k逆= k正/K=9/(0.1082÷0.7842)=473.6，v逆=k逆x(H2)x(I2)= 473.6×(0.045)2=0.96；正確答 案：0.960或19.0。

(3)原平衡時，x(HI)為0.784，x(H2)為0.108，二者圖中縱坐標均約為1.6(因為平衡時v正＝v逆)，升高溫度，正、逆反應速率均加快，對應兩點在1.6上面，該反應2HI（g）H2（g）+I2（g）△H=+11kJ/mol，升高溫度，平衡向正反應方向移動，x(HI)減小，x(H2)增大，據此可以畫出圖像變化，圖像如下：正確答案：

（3）放電時為原電池，金屬鋁做負極被氧化，根據電子守恒和電荷守恒規律，該極反應為：Al－3e－＋7 AlCl4—==4 Al2Cl7—；正確答案：Al－3e－＋7 AlCl4—==4 Al2Cl7—。