Question

【题目】Ⅰ．十氢萘是具有高储氢密度的氢能载体，经历“十氢萘（C10H18）→四氢萘（C10H12）→萘（C10H8）”的脱氢过程释放氢气。已知：

C10H18(l)C10H12(l)＋3H2(g) △H1

C10H12(l)C10H8(l)＋2H2(g) △H2

△H1＞△H2＞0；C10H18→C10H12的活化能为Ea1，C10H12→C10H8的活化能为Ea2，十氢萘的常压沸点为192℃；在192℃，液态十氢萘的脱氢反应的平衡转化率约为9％。请回答：

（1）有利于提高上述反应平衡转化率的条件是_________。

A．高温高压 B．低温低压 C．高温低压 D．低温高压

（2）研究表明，将适量的十萘奈置于恒容密闭反应器中，升高温度带来高压，该条件下也可显著释氢，理由是______________________________________________________。

（3）温度335℃，在恒容密闭反应器中进行高压液态十氢萘（1.00 mol）催化脱氢实验，测得C10H12和C10H8的产率x1和x2（以物质的量分数计）随时间变化关系，如图1所示。

①在8 h时，反应体系内氢气的量为__________mol（忽略其他副反应）。

②x1显著低于x2的原因是________________________________________。

③在图2中绘制“C10H18→C10H12→C10H8”的“能量～反应过程”示意图。

Ⅱ．科学家发现，以H2O和N2为原料，熔融NaOH－KOH为电解质，纳米Fe2O3作催化剂，在250℃和常压下可实现电化学合成氨。阴极区发生的变化可视为按两步进行，请补充完整。

（4）电极反应式：________________________________和2Fe＋3H2O＋N2＝Fe2O3＋2NH3。

Answer 1

【答案】 C 反应吸热，温度升高，平衡正向移动。与此同时，温度升高导致十氢萘气化，浓度增大，平衡正向移动，生成氢气量显著增加 ①1.951；②反应2的活化能比反应1小，相同温度下反应2更快，所以相同时间内，生成的四氢萘大部分都转化为萘，故x1显著低于x2. Fe2O3+6e-+3H2O=2Fe+6OH

【解析】Ⅰ．(1)C10H18(l)C10H12(l)＋3H2(g) △H1，C10H12(l)C10H8(l)＋2H2(g) △H2，△H1＞△H2＞0；均为吸热反应，且都属于气体的物质的量增大的反应。

A．升高温度，平衡正向移动，平衡转化率增大，但增大压强，平衡逆向移动，平衡转化率减小，故A错误；B．降低温度，平衡逆向移动，平衡转化率减小，故B错误；C．升高温度，平衡正向移动，平衡转化率增大，减小压强，平衡正向移动，平衡转化率增大，故C正确；D．降低温度，平衡逆向移动，平衡转化率减小，故D错误；故选C；

(2)总反应为该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，平衡转化率增大，平衡常数增大，当温度达到192℃时，十氢萘气化，浓度增大，平衡正向移动，生成氢气量显著增加，故答案为：反应吸热，温度升高，平衡正向移动。与此同时，温度升高导致十氢萘气化，浓度增大，平衡正向移动，生成氢气量显著增加；

(3)①温度335℃，在8 h时，十氢萘为1.00 mol，测得C10H12和C10H8的产率x1=0.027，x2=0.374，即生成C10H12和C10H8的物质的量分别为0.027mol，0.374mol，设反应的C10H18的物质的量为a，反应C10H12的物质的量为b，根据反应

C10H18(l)C10H12(l)＋3H2(g)

1 1 3

a a 3a

C10H12(l)C10H8(l)＋2H2(g)，

1 1 2

b b 2b

则a-b=0.027，b=0.374，则a=0.401，因此生成的氢气的物质的量分数为3a+2b=3×0.401+2×0.374=1.951，则氢气的量为1.951mol，故答案为：1.951；

②反应2的活化能比反应1小，相同温度下反应2更快，所以相同时间内，生成的四氢萘大部分都转化为萘，故x1显著低于x2，故答案为：反应2的活化能比反应1小，相同温度下反应2更快，所以相同时间内，生成的四氢萘大部分都转化为萘，故x1显著低于x2；

③C10H18(l)C10H12(l)＋3H2(g) △H1，C10H12(l)C10H8(l)＋2H2(g) △H2，△H1＞△H2＞0；上述反应均为吸热反应，生成物的总能量大于反应物，“C10H18→C10H12→C10H8”的“能量～反应过程” 示意图为，故答案为：；

Ⅱ．(4)以H2O和N2为原料，熔融NaOH－KOH为电解质，纳米Fe2O3作催化剂，在250℃和常压下可实现电化学合成氨。阴极区发生还原反应，据其中一个反应2Fe＋3H2O＋N2＝Fe2O3＋2NH3，可知，Fe2O3作催化剂，首先转化为铁，因此电极反应式为Fe2O3+6e-+3H2O=2Fe+6OH-，故答案为：Fe2O3+6e-+3H2O=2Fe+6OH-。