【題目】氫氣是一種重要的清潔能源。

(1)航天員呼吸產生的利用反應:H,再電解水可實現(xiàn)的循環(huán)利用。

①熱力學中規(guī)定,由最穩(wěn)定單質生成某物質的焓變稱為該物質的標準生成焓(符號:),最穩(wěn)定單質的標準生成焓規(guī)定為0。已知上述反應式中:

;;

;則_____。

反應必須在高溫下才能進行,原因是___________________________。

350℃時,向體積為的恒容密閉容器中通入發(fā)生以上反應。

測得反應過程中壓強隨時間的變化如下表所示:

時間/

0

10

20

30

40

50

60

壓強

350℃時反應的______(為用氣體的分壓代替各組分平衡濃度表示的平衡常數(shù),氣體分壓=氣體的體積分數(shù)×體系總壓)。

(2)利用乙醇重整制氫是獲得氫能的研究熱點,其主要反應原理為:

反應Ⅰ: H1

若同時通入水蒸汽,還會發(fā)生如下反應

反應 H2

反應 H3

反應 H4

一定溫度下,某恒壓密閉容器中充入一定量的發(fā)生反應。

已知:氫氣選擇性指轉化的原料氣中,轉化成氫氣的氫元素質量與轉化的氫元素總質量的比值。

①下列有關說法正確的是_______________。

A.當混合氣的平均相對分子質量不變時,說明反應達到平衡狀態(tài)

B.增大乙醇初始濃度,能夠提高乙醇的平衡轉化率

C.其它條件不變,摻入稀有氣體,可提高乙醇平衡轉化率

D.其它條件不變,摻入水蒸氣,可提高氫氣的選擇性和氫氣的體積分數(shù)

②下圖為上述條件下n(H2)隨反應時間的變化曲線圖。若其它初始條件相同,只把容器變?yōu)楹闳菝荛]容器,請畫出恒容條件下,n(H2)隨反應時間的變化曲線圖________________。

③乙醇重整制氫過程中,還可能生成固態(tài)炭,固態(tài)炭的生成會造成催化劑失活,應盡量避免。研究其它條件相同下,反應溫度、氧醇比、水醇比與生成固態(tài)炭的條件,得到下圖:

試根據(jù)圖象分析,反應溫度、氧醇比、水醇比對固態(tài)炭生成的影響_____________。

【答案】-90 反應的活化能高 AC 在其它條件相同的情況下,升高溫度或增大水醇比、增大氧醇比均會減少固態(tài)炭的生成。

【解析】

計算反應的焓變時,應將生成物的焓變減去反應物的焓變;對于一個反應,不管是吸熱反應還是放熱反應,都需要提供能量引發(fā)反應,反應的活化能越高,所需能量越大;用分壓表示平衡常數(shù)時,可利用三段式,先求出平衡時各物質的分壓,再代入平衡常數(shù)計算公式。對于可逆反應,分析平衡混合氣的相對分子質量變化時,需要考察氣體的總質量和總物質的量的變化;判斷反應物的轉化率時,需考慮平衡移動的方向;判斷產物中H2的體積分數(shù)時,不能只考慮生成物中H2的含量,還需考慮反應物的轉化率。分析圖象時,一方面需考慮條件改變引起反應時間的改變,另一方面需考慮平衡移動的方向;分析條件改變對某產物產量的影響時,需從圖象分析入手,找出理想的區(qū)域,從而得出適宜的條件。

(1)反應:H

;;;

;則H =2-=2×(-242kJmol-1)-(-394 kJmol-1)= -90 kJmol-1。答案為:-90

②反應時提供的條件,是為了克服反應的活化能,反應必須在高溫下才能進行,原因是反應的活化能高。答案為:反應的活化能高;

③設參加反應的CO2物質的量為x,利用已知數(shù)據(jù)可建立如下三段式:

,x=2mol,350℃反應的Kp==。答案為:;

(2)A.隨著反應的進行,混合氣的質量不變,物質的量不斷改變,當混合氣的平均相對分子質量不變時,物質的量保持不變,說明反應達到平衡狀態(tài),A符合題意;

B.增大乙醇初始濃度,相當于加壓,平衡逆向移動,乙醇的平衡轉化率降低,B不合題意;

C.其它條件不變,摻入稀有氣體,由于容器的壓強不變,氣體的體積增大,反應混合氣的濃度減小,相當于減壓,平衡正向移動,乙醇平衡轉化率提高,C符合題意;

D.其它條件不變,摻入水蒸氣,反應物中的氫元素都轉化為H2,可提高氫氣的選擇性,但各可逆反應的轉化率未知,所以氫氣的體積分數(shù)不一定增大,D不合題意;

故選AC。答案為:AC;

②若其它初始條件相同,只把容器變?yōu)楹闳菝荛]容器,由于生成物的氣體分子數(shù)大于反應物的氣體分子數(shù),所以相當于原容器加壓,反應速率加快,達平衡的時間縮短,但平衡逆向移動,n(H2)減小,故恒容條件下,n(H2)隨反應時間的變化曲線圖為。答案為:;

③從圖象中可以看出,溫度一定時,增大氧醇比、水醇比,會減少固態(tài)炭生成;氧醇比、水醇比一定時,升高溫度,會減少固態(tài)炭生成,所以反應溫度、氧醇比、水醇比對固態(tài)炭生成的影響:在其它條件相同的情況下,升高溫度或增大水醇比、增大氧醇比均會減少固態(tài)炭的生成。答案為:在其它條件相同的情況下,升高溫度或增大水醇比、增大氧醇比均會減少固態(tài)炭的生成。

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Zn+2HCl===ZnCl2+H2____________________;

NaOH+HCl===NaCl+H2O__________________;

2HClH2↑+Cl2________________________。

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③若要使該反應的反應速率加快,下列措施可行的是__________(填字母)。

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(2)若將上述反應設計成原電池,裝置如圖3所示。

①銅為 __________(”)極;負極的電極反應式為______。

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