Question

【题目】氢气是一种清洁能源，氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。

（1）利用光能和光催化剂，可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外光照射时，在不同催化剂(I、Ⅱ、Ⅲ)作用下，CH4产量随光照时间的变化如图l所示：

①在0～30小时内，CH4的平均生成速率vI、vⅡ和vⅢ从小到大的顺序为________；反应开始后的12小时内，在第____种催化剂的作用下，收集的CH4最多。

②将所得的CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器，发生CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)反应，在一定条件下，CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图2所示，T2>T1，则上述反应的△H _______0（填“<”、“>”、“=”，下同），A、C处对应平衡常数(KA、KC)的大小关系为KA____KC。

③维持温度T2，将0.04mol CH4(g)和0.04mol H2O(g)通入容积为1L的定容密闭容器中发生反应，平衡时达到B点，测得CH4的转化率为50%，该反应在此温度下的平衡常数KB=________。

④下列现象能说明该反应已经达到平衡状态的是________（填编号）。

A．容器内CH4、H2O、CO、H2单位物质的量之比为1：1：1：3

B．容器内气体的密度恒定

C．容器内气体的压强恒定

D.3v( CO)=v(H2)

（2）LiBH4为近年来常用的储氢材料。

①反应2LiBH4 =2LiH+2B +3H2↑，生成22.4 L H2（标准状况）时，转移电子的物质的量为____ mol。

②图3是2LiBH4/MgH2体系放氢焓变示意图，则：Mg(s) +2B(s) =MgB2(s) △H=____。

（3）图4是直接硼氢化钠一过氧化氢燃料电池示意图。该电池工作时，正极附近溶液的pH___（填“增大”、“减小”或“不变”），负极的电极反应式为____。

Answer 1

【答案】 v I ⅡⅢ Ⅱ > < 0.0108 C 2 -93 kJ/mol 增大 BH4--8e-+8OH-=BO2-+6H2O

【解析】试题分析：本题考查图像的分析，外界条件对化学平衡的影响，化学平衡常数的计算，化学平衡的标志，氧化还原反应中转移电子的计算，反应热的计算，原电池原理和电极反应式的书写。

（1）①根据图1，0~30小时内，CH4的产量是IIIIII，0~30小时内CH4的平均生成速率υIυIIυIII。反应开始后的12小时内，CH4的产量IIIIII，反应开始后的12小时内在第II种催化剂的作用下收集的CH4最多。

②在横坐标上取一点，作横坐标的垂直线，可见T2时CH4的转化率大于T1时，T2T1，升高温度CH4的转化率增大，升高温度平衡向正反应方向移动，正反应为吸热反应，ΔH0。C点温度高于A点，升高温度平衡向正反应方向移动，则KAKC。

③用三段式， CH4（g） + H2O（g）CO（g）+3H2（g）

n（起始）（mol） 0.04 0.04 0 0

n（转化）（mol）0.0450%=0.02 0.02 0.02 0.06

n（平衡）（mol） 0.02 0.02 0.02 0.06

平衡时CH4、H2O、CO、H2物质的量浓度依次为0.02mol/L、0.02mol/L、0.02mol/L、0.06mol/L，此温度下反应的平衡常数KB===0.0108。

④A，达到平衡时各物质的浓度不变，不一定等于化学计量数之比，容器内CH4、H2O、CO、H2物质的量之比为1：1：1：3不一定达到平衡状态；B，该反应中所有物质都呈气态，根据质量守恒定律，气体的总质量始终不变，容器的容积不变，容器内气体的密度始终不变，容器内气体的密度恒定不能说明反应达到平衡状态；C，该反应的正反应是气体分子数增大的反应，建立平衡过程中气体分子物质的量增大，恒容容器中气体压强增大，平衡时气体分子物质的量不变，容器内气体压强不变，容器内气体的压强恒定能说明反应达到平衡状态；D，3υ（CO）=υ（H2）没有指明是正反应速率还是逆反应速率，不能说明反应达到平衡状态；能说明反应达到平衡状态的是C项，答案选C。

（2）①用单线桥分析反应为，生成3molH2转移6mo电子，n（H2）==1mol，转移电子物质的量为2mol。

②根据图示可写出下列热化学方程式，

2LiH（s）+2B（s）+3H2（g）=2LiBH4（s）ΔH=-200kJ/mol（①式）

2LiH（s）+MgB2（s）+4H2（g）=2LiBH4（s）+MgH2（s）ΔH=-183kJ/mol（②式）

Mg（s）+H2（g）=MgH2（s）ΔH=-76kJ/mol（③式）

应用盖斯定律，①式-②式+③式得，Mg（s）+2B（s）=MgB2（s）ΔH=（-200kJ/mol）-（-183kJ/mol）+（-76kJ/mol）=-93kJ/mol。

③根据图示B电极的电极反应式为H2O2+2e-=2OH-，B电极上发生得电子的还原反应，B电极为正极，正极生成OH-，电池工作时正极附近碱性增强，溶液的pH增大。A电极为负极，由图示负极电极反应为BH4--e-+OH-→BO2-+H2O，H元素的化合价由BH4-中的-1价升至H2O中+1价，1molBH4-反应失去8mol电子，则负极反应式为BH4--8e-+8OH-=BO2-+6H2O。