Question

（Ⅰ）某化学家根据“原子经济”的思想，设计了如下制备H₂的反应步骤：
①CaBr₂+H₂O

750℃  .

CaO+2HBr     
②2HBr+Hg

100℃  .

HgBr₂+H₂
③HgBr₂+

 

250℃  .

 

+

 

    
④2HgO

500℃  .

2Hg+O₂↑
请你根据“原子经济”的思想完成上述步骤③的化学方程式：

 

．
根据“绿色化学”的思想评估该方法制H₂的主要缺点：

 

．
（Ⅱ）氢气常用生产水煤气的方法制得．CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0，在850℃时，K=1．
（1）若升高温度到950℃时，达到平衡时K

 

1（填“大于”、“小于”或“等于”）
（2）850℃时，若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0molCO、3.0molH₂O、1.0molCO₂和x mol H₂，则：
①当x=5.0时，上述平衡向

 

（填正反应或逆反应）方向进行．
②若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

 

．
（3）在850℃时，若x=5.0mol，其它物质的投料不变，当上述反应达到平衡后，求H₂的体积分数（计算结果保留两位有效数字）．

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,绿色化学,化学平衡常数的含义

专题：化学平衡专题

分析：（Ⅰ）、根据原子经济分析，反应是原材料分子中的原子全部转变成所需产物，不产生副产物，实现零排放；
（Ⅱ）（1）反应是放热反应，升温平衡逆向进行；
（2）①计算浓度商和平衡常数比较分析判断平衡移动方向；
②根据等效平衡及其移动分析；
（3）在850℃时，若x=5.0mol，平衡逆向进行，K=1，依据化学平衡三段式列式计算；

解答： 解：（Ⅰ）理想的原子经济性反应是原材料分子中的原子全部转变成所需产物，不产生副产物，实现零排放．原子利用率是指反应物中的所有原子进入期望产物中的百分比，绿色化学的特征之一是提高原子用率，尽量达到100%，根据原子经济，可知最终反应为：2H₂O═2H₂↑+O₂↑，根据盖斯定律将（①+②+③）×2+④，可知反应③为HgBr₂+CaO

250℃  .

HgO+CaBr₂；该方法中需要750℃，消耗能量高，且有重金属污染，
故答案为：HgBr₂+CaO

250℃  .

HgO+CaBr₂；循环过程需要很高的能量，且使用重金属汞，产生污染；
（Ⅱ）（1）升高温度，平衡向吸热即逆反应方向移动，此时平衡常数K小于1；
故答案为：小于；
（2）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0，
①850℃时，若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0molCO、3.0molH₂O、1.0molCO₂和x mol H₂，当x=5.0时，Qc=

5×1

3×1

=1.67＞K=1，说明费用逆向进行；
故答案为：逆反应；
②根据等效平衡，x=3时，平衡不移动，x＜3时，平衡向正反应方向移动，0≤x＜3；
故答案为：0≤x＜3；
（3）设达到平衡状态氢气减少物质的量为amol，依据化学平衡三段式列式计算
            CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol） 1.0    3.0      1.0      5.0
变化量（mol） a       a         a       a
平衡量（mol）1.0+a   3.0+a   1.0-a     5.0-a
反应前后气体物质的量相同，利用气体物质的量代替平衡浓度计算平衡常数，K=

(1.0-a)(5.0-a)

(1.0+a)(3.0+a)

=1
计算得到a=0.20
平衡时氢气的体积分数=

(5.0-0.20)mol

(1.0+3.0+1.0+5.0)mol

×100%=48%；
故答案为：48%；

点评：本题考查热化学方程式的书写，盖斯定律的应用，电极反应的书写，等效平衡，化学平衡计算方法等知识，综合性强，难度中等．