Question

（2013?绍兴一模）绿色化制氢技术是现代能源工业的方向，以CaO为吸收体，将生物质（以C计）与水蒸气反应制取H₂．反应装置由气化炉和燃烧炉两个反应器组成，相关反应如下表所示：

流程1：气化炉中产生H2	流程2：燃烧炉中CaO再生
通入水蒸气，主要化学反应： ①C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g） △H=+131.6kJ?mol-1 ②CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g） △H=-41.2kJ?mol-1 ③CaO（s）+CO2（g）=CaCO3（s） △H=-178.3kJ?mol-1	通入纯氧，主要化学反应： ④C（s）+O2（g）=CO2（g） △H=-393.8kJ?mol-1 ⑤CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g） K

请回答下列问题：
（1）气化炉中总反应：C（s）+2H₂O（g）+CaO（s）=CaCO₃（s）+2H₂（g）△H=

-87.9

kJ?mol^-1
（2）燃烧炉中反应⑤所需的能量由反应④提供．如果再生1mol CaO，至少需通入纯氧

0.45

mol．
（3）当只改变温度或压力时，反应⑤有如图所示的变化：

图a推知T₁

＞

T₂（填“＞”、“＜”、“=”），若温度升高，平衡常数K值

增大

（填“增大”、“减小”、“不变”）
图b推知P₁

＜

P₂（填“＞”、“＜”、“=”），压强增大，CaCO₃的分解率

减小

（填“增大”、“减小”、“不变”）
（4）在一定温度、不同压力时，气化炉中H₂的变化量约等于CO的变化量（即△n（H₂）=△n（CO）），当起始c（H₂）：c（CO）=3：2时，请根据n（H₂）变化，补充完整图C中n（CO）图示变化．
（5）一定条件下，气化炉中的各反应达到平衡状态，采取以下措施可以提高H₂产量的是

BC

（用相关编号填写）
A．反应②中使用合适的催化剂      B．不断移走CaCO₃，并升高气化炉内的温度
C．适当增加水蒸气的通入量         D．增加CaO的量，提高CO₂的吸收率
（6）写出一条这种制H₂技术的优点

实现了吸收剂CaO的循环，降低了能耗；实现了能量自给，符合节能减排等

．

Answer 1

分析：（1）根据盖斯定律构造目标热化学方程式，据此计算反应热；
（2）由反应③可知，反应⑤再生1mol CaO吸收178.3kJ热量，结合反应④的反应热计算需要氧气物质的量；
（3）根据“先拐先平数值大”原则判断温度、压强大小；反应⑤是吸热反应，根据平衡时二氧化碳浓度分析升高温度平衡移动方向，进而判断温度对平衡常数影响；反应⑤正反应是气体体积增大的反应，分析增大压强平衡移动方向判断碳酸钙转化率变化；
（4）气化炉中H₂的变化量约等于CO的变化量，当起始c（H₂）：c（CO）=3：2时，H₂含量变化与CO含量变化关于含量y=25的直线对称；
（5）提高H₂产量，应改变措施使反应①、②的平衡向正反应方向移动，结合平衡移动原理与反应特征分析解答；
（6）实现了吸收剂CaO的循环，降低了能耗；实现了能量自给，符合节能减排．

解答：解：（1）已知：①C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.6kJ?mol^-1
②CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ?mol^-1
③CaO（s）+CO₂（g）=CaCO₃（s）△H=-178.3kJ?mol^-1
根据盖斯定律，①+②+③得C（s）+2H₂O（g）+CaO（s）=CaCO₃（s）+2H₂（g），
故△H=+131.6kJ?mol^-1+（-41.2kJ?mol^-1）+（-178.3kJ?mol^-1）=-87.9kJ?mol^-1，
故答案为：-87.9；
（2）由反应③可知，反应⑤再生1mol CaO吸收178.3kJ热量，由反应④C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.8kJ?mol^-1可知，需要氧气物质的量=

178.3kJ

393.8kJ/mol

=0.45mol，
故答案为：0.45；
（3）根据“先拐先平数值大”原则，温度T₁先得到平衡，反应速率较快，故温度T₁＞T₂，由图可知，温度越高平衡时二氧化碳的浓度越大，说明升高温度平衡向正反应方向移动，故温度升高，平衡常数K值增大；
由图可知，压强P₂先到达判断，反应速率较快，故压强P₁＜P₂，反应⑤正反应是气体体积增大的反应，增大压强平衡向逆反应方向移动，故碳酸钙转化率减小，
故答案为：＞；增大；＜；减小；
（4）气化炉中H₂的变化量约等于CO的变化量，当起始c（H₂）：c（CO）=3：2时，H₂含量变化与CO含量变化关于含量y=25的直线对称，故图C中n（CO）图示变化为：，故答案为：；
（5）一定条件下，提高H₂产量，应改变措施使反应①、②的平衡向正反应方向移动，
A．反应②中使用合适的催化剂，加快反应速率，不能影响平衡移动，氢气的产量不能增大，故A错误；
B．不断移走CaCO₃，使反应③向正反应移动，二氧化碳减少，使反应②向正反应方向移动，升高温度使反应①向正反应方向移动，可以提高氢气的产量，故B正确；
C．适当增加水蒸气的通入量，使反应①②向正反应方向移动，可以提高氢气的产量，故C正确；
D．增加CaO的量，不影响反应③的平衡移动，不能影响二氧化碳的浓度，反应①②平衡不移动，不能提高氢气的产量，故D错误，
故答案为：BC；
（6）由反应过程可知，实现了吸收剂CaO的循环，降低了能耗；实现了能量自给，符合节能减排等，
故答案为：实现了吸收剂CaO的循环，降低了能耗；实现了能量自给，符合节能减排等．

点评：本题考查反应热有关计算、化学平衡图象与影响因素等，难度中等，注意利用“先拐先平数值大”与“定一议二”分析化学平衡图象．