Question

【題目】氫氣是清潔的能源，也是重要的化工原料，根據以下兩種制氫方法，完成下列問題：

（1）方法一：H2S熱分解法，反應式為：H2S (g) H2 (g)+S(g) △H，在恒容密閉容器中，測定H2S分解的轉化率(H2S的起始濃度均為c mol/L)，測定結果見圖1，其中曲線a表示H2S的平衡轉化率與溫度關系，曲線b表示不同溫度下反應經過相同時間未達到化學平衡時H2S的轉化率。

①△H___________0（填“>”“<”或“=”）。

②若985℃時，反應經t min達到平衡，此時H2S的轉化率為40%，則tmin內反應速率v(H2)=______（用含c、t的代數式表示）。

③請說明隨溫度的升高，曲線b向曲線a接近的原因：_________________。

（2）方法二：以CaO為吸收體，將生物材質（以C計）與水蒸氣反應制取H2。相關主要反應如下：

I．C(s) + H2O (g) = CO (g) + H2(g) △H = + 131.6 kJ/mol

II．CO (g) + H2O (g) = CO2 (g) + H2 (g) △H = -43 kJ/mol

III．CaO(s) + CO2(g) = CaCO3(s) △H = -178.3 kJ/mol

①計算反應C (s) +2H2O(g) +CaO(s) ==CaCO3 (s)+2H2 (g)的△H=_____（保留到小數點后面1位）；若K1、K2、K3分別為反應I、II、III的平衡常數，該反應的平衡常數k=______（用K1、K2、K3表示）。

②對于可逆反應C (s) +2H2O(g) +CaO(s) CaCO3 (s)+2H2 (g)，采取以下措施可以提高H2產率的是___。 （填字母編號）

A．適當的降低體系的溫度 B．使各氣體組分濃度均加倍

C．用特殊材料吸收氫氣 D．增加CaO的量

③圖2為反應I在一定溫度下，平衡時各氣體體積百分含量隨壓強變化的關系圖。若反應達某一平衡狀態時，測得c( H2O)=2c(H2)= 2c(CO)=2 mol／L，試根據H2O的體積百分含量變化曲線，補充完整CO的變化曲線示意圖。___________________

(3)以N2、H2為電極反應物，以HCl-NH4C1為電解質溶液制造新型燃料電池，放電過程中，溶液中NH4+濃度逐漸增大，寫出該電池的正極反應式：___________________。

Answer 1

【答案】（1） ① > ②0.4/c ③溫度升高，反應速率加快，達到平衡所需時間縮短

（2）①-89.7kJ/mol K1·K2·K3 ② AC ③(3)N2+6e-+8H+= 2NH4+

【解析】（1）①由圖象可知，溫度升高，轉化率增大，則平衡正移，所以正方向為吸熱方向，即△H＞0，故答案為：＞；

②H2S的起始濃度均為c mol·L-1，若985℃時，反應經t min達到平衡，此時H2S的轉化率為40%，則參加反應的硫化氫為c mol·L-1×40%=0.4cmol·L-1，

v=△c/t=0.4c/tmol·L-1·min-1；故答案為：0.4c/tmol·L-1·min-1

③隨著溫度升高，反應速率逐漸加快，達到平衡所需時間縮短，所以曲線b向曲線a逼近；故答案為：溫度升高，反應速率加快，達到平衡所需時間縮短；

（2）①已知：I：C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g）△H = + 131.6 kJ/mol K1

Ⅱ：CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2（g） △H = -43 kJ/mol K2

Ⅲ：CaO（s）+CO2（g）═CaCO3（s）△H = -178.3 kJ/mol K3

反應I、II、III之和為反應C（s）+2H2O（g）+CaO（s）═CaCO3（s）+2H2（g），△H =+ 131.6 kJ/mol -43 kJ/mol -178.3 kJ/mol = -89.7kJ/mol ，則K=K1·K2·K3 ；故答案為： -89.7kJ/mol 、K1·K2·K3 ；

②提高H2產量，則需使平衡正向移動，已知C（s）+2H2O（g）+CaO（s）CaCO3（s）+2H2（g），△H=-87.9kJ·mol－1；

A．該反應為放熱反應，降低體系的溫度，平衡正移，則能提高H2產量，故A正確；

B．該反應前后氣體體積不變，使各氣體組分濃度均加倍，則壓強增大，平衡不移動，所以H2產量不變，故B錯誤；

C．用特殊材料吸收氫氣，平衡正移，則能提高H2產量，故C正確；

D．增加CaO的量，對平衡無影響，所以H2產量不變，故D錯誤；

故答案為：AC；

③反應中H2O的變化量約等于CO的變化量，當起始水的含量為50%，則H2、CO各占25%，則CO的曲線的起點坐標為（0.1，25），平衡時水的含量為70%，則H2、CO各占15%，H2O含量變化與CO含量變化關于含量y=37.5的直線對稱，故圖中CO的變化曲線示意圖為：

(3)以N2、H2為原料，以HCl-NH4Cl為電解質溶液構成新型燃料電池，正極發生還原反應，即氮氣被還原生成NH4＋，電極反應式為N2+6e－+8H＋=2NH4＋；負極是氫氣失電子生成氫離子，電極方程式為H2-2e－=2H＋。故答案為：N2+6e－+8H＋=2NH4＋。