Question

【題目】氫是人們公認(rèn)的清潔能源，作為低碳和零碳能源正在脫穎而出，氫的獲得及以氫為原料的工業(yè)生產(chǎn)工藝成為科技工作者研究的重要課題。

（1）工業(yè)生產(chǎn)中可利用H2還原CO2制備清潔能源甲醇。

①將一定量的CO2和H2充入到某恒容密閉容器中，測(cè)得在不同催化劑作用下，相同時(shí)間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化率與溫度的變化如圖所示：

催化效果最好的是催化劑_____________（選填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”），該反應(yīng)在a點(diǎn)達(dá)到平衡狀態(tài)，a點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率比b點(diǎn)的高，其原因是______________________________________________________。

②甲醇（CH3OH）燃料電池(NaOH溶液介質(zhì))的負(fù)極電極反應(yīng)式 ___________。

（2）利用CO和水蒸氣可生產(chǎn)H2，反應(yīng)的化學(xué)方程式：CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）。將不同量的CO（g）和H2O（g）分別通入到體積為2 L的恒容密閉容器中進(jìn)行如下反應(yīng)，得到三組數(shù)據(jù)如下表所示：

①該反應(yīng)的正反應(yīng)為___________反應(yīng)（選填“放熱”或“吸熱” ）。

②900℃時(shí)，達(dá)到平衡時(shí)的反應(yīng)速率v（H2O）＝____________，達(dá)到平衡時(shí)c（H2）＝__________（保留2位小數(shù)）。

（3）利用廢棄的H2S的熱分解可生產(chǎn)H2：2H2S（g）2H2（g）＋S2（g）�，F(xiàn)將0．20 mol H2S（g）通入到某恒壓（壓強(qiáng)p＝a MPa）密閉容器中，在不同溫度下測(cè)得H2S的平衡轉(zhuǎn)化率如下圖所示：

已知：對(duì)于氣相反應(yīng)，用某組分（B）的平衡壓強(qiáng)（pB）代替物質(zhì)的量濃度（cB）也可表示平衡常數(shù)。 溫度為T4℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝___________（用a的代數(shù)式表示）。

Answer 1

【答案】I 該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向進(jìn)行 CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6 H2O 放熱 0.17 mol·L-1·min-1 0.50 mol·L-1 2a/27

【解析】

根據(jù)圖像顯示隨溫度變化，三種催化劑條件下，CO2的轉(zhuǎn)化率變化趨勢(shì)分析解答；根據(jù)化學(xué)平衡計(jì)算中，平衡前、平衡時(shí)、平衡后三段式分析解答計(jì)算。

(1) ①?gòu)膱D像中可知，在催化劑I的作用下，CO2的轉(zhuǎn)化率是最高的，所以催化劑I的催化效果是最好的；該反應(yīng)在a點(diǎn)達(dá)到平衡狀態(tài)，a點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率比b點(diǎn)的高，是由于該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)；

故答案為：催化劑I；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向進(jìn)行；

②甲醇（CH3OH）燃料電池(NaOH溶液介質(zhì))的條件下，即甲醇在堿性條件下失去電子，生成CO32-和水，所以負(fù)極電極方程式為：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6 H2O；

故答案為：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6 H2O；

(2) ①?gòu)谋砀駭?shù)據(jù)中可看出，溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，即溫度升高，反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，溫度升高向吸熱方向移動(dòng)，所以該反應(yīng)的正反應(yīng)方向是放熱反應(yīng)；

故答案為：放熱；

②根據(jù)方程式可知，900℃時(shí)，達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為，即CO反應(yīng)了1mol，推斷出H2O反應(yīng)了1mol，v(H2O)===0.17 mol·L-1·min-1；根據(jù)反應(yīng)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)與物質(zhì)的量關(guān)系可知，平衡時(shí)，生成H21mol，所以c（H2）＝=0.5mol/L；

故答案為：0.17 mol·L-1·min-1 ，0.5mol/L；

(3)根據(jù)反應(yīng)2H2S（g）2H2（g）＋S2（g）

初始狀態(tài) 0.2mol 0 0 恒壓壓強(qiáng)為aMpa

T4時(shí)轉(zhuǎn)化 0.2mol×40% 0.08mol 0.04mol

T4時(shí)容器

中剩余 0.12mol 0.08mol 0.04mol

容器內(nèi)各

組分分壓 MPa MPa MPa

即反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝==；

故答案為：。