Question

【题目】氢气是一种理想的清洁能源，氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。

（1）直接热分解法制氢。某温度下，H2O(g)H2(g)+O2(g)。该反应的平衡常数表达式为K=_____。

（2）乙醇水蒸气重整制氢。其部分反应过程和反应的平衡常数随温度变化曲线如图1所示：

反应中，某温度下每生成1mol H2(g) 热量变化是62 kJ。则该温度下图1所示反应的热化学方程式是______________________________________。

（3）水煤气法制氢。CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH <0，在进气比[n(CO)∶n(H2O)]不同时，测得相应的CO的平衡转化率见图2（各点对应的反应温度可能相同，也可能不同）。

①往维持恒温的2L密闭容器中加入一定量的CO和0.lmol H2O(g)，在图中G点对应温度下反应经5min 达到平衡，则v(CO) 等于_________mol/(L·min)

②图中B、E 两点对应的反应温度分别为TB和TE判断：TB______TE （填“<”“=”或“>”）。

③经分析，A、E 和G三点对应的反应温度都相同为T℃，其原因是A、E 和G三点对应的_____________相同。

④当T℃时，若向一容积可变的密闭容器中同时充入3.0 mol CO、1.0 mol H2O、1.0mol CO2和x mol H2，要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足的条件是_________________________________。

（4）光电化学分解制氢。其原理如图3，钛酸锶光电极的电极反应为：4OH--4e-O2+2H2O

则铂电极的电极反应为_______________________________。

（5）Mg2Cu是一种储氢合金。350℃时，Mg2Cu与H2反应，生成Mg2Cu和仅含一种金属元素的氢化物（其中氢的质量分数约为0.077）。Mg2Cu与H2反应的化学方程式为___________________________。

Answer 1

【答案】 K= CH3CH2OH(g)+H2O(g)==4H2(g)+2CO(g) ΔH=+248kJ·mol-1 0.006 > 化学平衡常数（或K） 0≤x＜3（或x<3也给分） 2H2O+2e-==H2↑+ 2OH- 2Mg2Cu +3H2MgCu2+3MgH2

【解析】（1）某温度下，H2O(g)H2(g)+O2(g)，该反应的平衡常数表达式为K=；（2）根据图中信息可知，反应为CH3CH2OH(g)+H2O(g)==4H2(g)+2CO(g)，升高温度K值增大，说明平衡向正反应方向移动，正反应旋转吸热反应，某温度下每生成1mol H2(g) 热量变化是62 kJ，则ΔH=+（624）kJ·mol-1=+248kJ·mol-1，故热反应方程式为CH3CH2OH(g)+H2O(g)==4H2(g)+2CO(g) ΔH=+248kJ·mol-1；(3) ①往维持恒温的2L密闭容器中加入一定量的CO和0.lmol H2O(g)，在图中G点进气比[n(CO)∶n(H2O)]=1.5，则开始时n(CO)= 0.l5mol，CO的平衡转化率为40%，则消耗的CO的物质的量为0.06mol，对应温度下反应经5min 达到平衡，则v(CO) 等于=0.006mol/(L·min)；②已知反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH <0为放热反应，升高温度平衡逆向移动，CO的转化率减小，图中B、E两点对应的反应的温度分别为TB、TE，两点的进气比[n(CO)∶n(H2O)]E点的大但CO的转化率相等，说明水的转化率E点的大，相当于平衡正向移动，则应该为降低温度，TB>TE；，，（4）依据装置图中的电子流向分析，铂电极做原电池正极，溶液中氢离子得到电子生成氢气，电极反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-；（5）由Mg2Cu变为MgCu2，可知Mg含量下降，则生成物中氢化物仅含的一种金属元素必为Mg，再根据其中氢的质量分数为0.077，则Mg与H物质的量之比为＝，即化学式为MgH2，则反应的化学方程式为：2Mg2Cu＋3H2MgCu2＋3MgH2。