Question

氫是一種理想的綠色清潔能源，氫氣的制取與儲存是氫能源利用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)． 利用Fe0/Fe₃0₄循環(huán)制氫，已知：
H₂O（g）+3FeO（s）?Fe₃O₄（s）+H₂（g）△H=akJ/mol（Ⅰ）
2Fe₃O₄═6FeO（s）+O₂g△H=bkJ/mol  （Ⅱ）
下列坐標(biāo)圖分別表示FeO的轉(zhuǎn)化率（圖1 ）和一定溫度時，H₂出生成速率[細(xì)顆粒（直徑0.25mm），粗顆粒（直徑3mm）]（圖2）．

（1）反應(yīng)：2H₂O（g）═2H₂（g）+O₂g△H=

 

 （用含a、b代數(shù)式表示）；
（2）上述反應(yīng)b＞0，要使該制氫方案有實(shí)際意義，從能源利用及成本的角度考慮，實(shí)現(xiàn)反 應(yīng)II可采用的方案是：

 

；
（3 ） 900°C時，在兩個體積均為2L密閉容器中分別投入0.60molFeO和0.20mol H₂O（g）甲容器用細(xì)顆粒FeO、乙容器用粗顆粒FeO．
①用細(xì)顆粒FeO和粗顆粒FeO時，H₂生成速率不同的原因是：

 

；
②細(xì)顆粒FeO時H₂O（g）的轉(zhuǎn)化率比用粗顆粒FeO時 H₂0（g）的轉(zhuǎn)化率

 

（填“大”或“小”或“相等”）；
③求此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K（寫出計(jì)箅過程）．
（4）在下列坐標(biāo)圖3中畫出在1000°C、用細(xì)顆粒FeO時，H₂0（g）轉(zhuǎn)化率隨時間變化示意閣（進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)注）：

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）利用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱；
（2）可利用廉價清潔能源提供熱能；
（3）①固體的表面積越大，反應(yīng)速率越大；
②固體的表面加大小與平衡移動無關(guān)；
③由圖象可知900°C時，氫氣的轉(zhuǎn)化率為40%，計(jì)算出平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)的表達(dá)式計(jì)算；
（4）由圖1可知，升高溫度，F(xiàn)eO的轉(zhuǎn)化率降低，說明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)速率增大，但反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率降低．

解答： 解：（1）已知H₂O（g）+3FeO（s）?Fe₃O₄（s）+H₂（g）△H=akJ/mol（Ⅰ）
2Fe₃O₄═6FeO（s）+O₂g△H=bkJ/mol （Ⅱ），
利用蓋斯定律，將（Ⅰ）×2+（Ⅱ）可得2H₂O（g）═2H₂（g）+O₂（g）△H=（2a+b）kJ/mol，故答案為：（2a+b）kJ/mol；
（2）b＞0，要使該制氫方案有實(shí)際意義，應(yīng)給反應(yīng)Ⅱ提供能量才能使反應(yīng)發(fā)生，可利用廉價清潔能源提供熱能或利用太陽能、地?zé)崮�、生物能、核能等，故答案為：用廉價清潔能源提供熱能；
（3）①因細(xì)顆粒FeO表面積大，固體的表面積越大，與氫氣的接觸面越大，則反應(yīng)速率越大，故答案為：細(xì)顆粒FeO表面積大，與氫氣的接觸面越大，反應(yīng)速率加快；
②固體的表面加大小與平衡移動無關(guān)，則平衡狀態(tài)相同，故答案為：相等；
③由圖象可知900°C時，氫氣的轉(zhuǎn)化率為40%，則轉(zhuǎn)化的水的濃度為0.2mol×40%=0.08mol/L，
              H₂O（g）+3FeO（s）?Fe₃O₄（s）+H₂（g）
起始（mol）    0.20                         0
轉(zhuǎn)化（mol）   0.080                        0.080  
平衡（mol）   0.12                         0.080
K=

c(H2)

c(H2O)

=

0.080mol 2.0L

0.12mol 2.0L

=0.67，
故答案為：0.67；
（4）由圖1可知，升高溫度，F(xiàn)eO的轉(zhuǎn)化率降低，說明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)速率增大，但反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率降低，則圖象為，故答案為：．

點(diǎn)評：本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡的計(jì)算、平衡移動等問題，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、計(jì)算能力的考查，為高考高頻考點(diǎn)，注意把握題給信息，為解答該題的關(guān)鍵，難度中等．