Question

【題目】氫氣的制取與儲存是氫能源利用領(lǐng)域的研究熱點。回答下列問題:

(1)直接熱分解法制氫

某溫度下2H2O(g) 2H2(g) +O2(g)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為 K= ________。

(2)乙醇水蒸氣重整制氫

反應(yīng)過程和反應(yīng)的平衡常數(shù)(K)隨溫度(T)的變化曲線如圖 1 所示。某溫度下，圖 1 所示反應(yīng)每生成1mol H2(g)，熱量變化是 62 kJ，則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為________________

(3)水煤氣法制氫

CO(g)+ H2O(g) CO2(g) +H2(g) △H<0，在進氣比[n(CO):n(H2O)]不同時，測得相應(yīng)的 CO 的平衡轉(zhuǎn)化率見圖 2(圖中各點對應(yīng)的反應(yīng)溫度可能相同，也可能不同)。

①向 2 L 恒溫恒容密閉容器中加入一定量的 CO 和 0.1mol H2O(g)，在圖中 G 點對應(yīng)溫度下，反應(yīng)經(jīng)5 min 達到平衡，則平均反應(yīng)速率 v(CO)=___________。

②圖中 B、E 兩點對應(yīng)的反應(yīng)溫度分別為 TB 和 TE，則 TB ___________TE (填“>”“ <”或“=”)。

③經(jīng)分析，A、E、G 三點對應(yīng)的反應(yīng)溫度都相同(均為 T℃)，其原因是 A、E、G 三點對應(yīng)的 _______相同。

④當(dāng) T℃時，若向一容積可變的密閉容器中同時充入 3.0 mol CO、1.0 mol H2O(g)、1.0 molCO2 和xmol H2，使上述反應(yīng)開始時向正反應(yīng)方向進行，則x應(yīng)滿足的條件是_________。

(4)光電化學(xué)分解制氫

反應(yīng)原理如圖3，鈦酸鍶光電極的電極反應(yīng)式為 4OH--4e-=O2↑+2H2O，則鉑電極的電極反應(yīng)式為 ________。

(5)Mg，Cu 是一種儲氫合金

350℃時，Mg、Cu 與 H2 反應(yīng)，生成 MgCu2 和僅含一種金屬元素的氫化物(其中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為 7.7%)。該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________。

Answer 1

【答案】CH3CH2OH(g)+H2O(g) 4H2(g)+2CO(g) △H=+248kJ/mol0.006mol·L-l·min-1＞化學(xué)平衡常數(shù)(或 K)0≤x<3(或 x<3 )2H2O+2e-=H2↑+2OH-(或2H+ +2e-=H2↑)2Mg2Cu + 3H2=MgCu2 + 3MgH2

【解析】

（1）反應(yīng)為：2H2O（g）2H2（g）+O2（g），則該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為K=，故答案為：；

（2）溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)值增大，說明溫度升高有利于反應(yīng)正向移動，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)圖，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：CH3CH2OH（g）+H2O（g）4H2（g）+2CO（g），每生成1molH2（g），熱量變化是62kJ，則該反應(yīng)的焓變?yōu)?/span>△H=+62×4kJ/mol=+248kJ/mol，

故答案為：CH3CH2OH（g）+H2O（g）4H2（g）+2CO（g）△H=+248kJ/mol；

（3）①G點時，原料進氣比為1.5：1，加入0.1molH2O（g），則加入n（CO）=0.15mol，平衡轉(zhuǎn)化率為40%，所以v(CO)＝＝==0.006mol/（Lmin），故答案為：0.006mol/（Lmin）；

②反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度有利于反應(yīng)正向進行，B點的起始投料比低于E點的起始投料比，但B點和E點的平衡轉(zhuǎn)化率相等，增大其中一種反應(yīng)物的量，自身轉(zhuǎn)化率降低，因為通過降溫升高轉(zhuǎn)化率，所以B點和E點的溫度關(guān)系為TB＞TE，故答案為：＞；

③溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)值不變，化學(xué)平衡常數(shù)值只與溫度有關(guān)，所以A、E、G三點的K值相等，故答案為：K；

④E點原料進氣比為1：1，加入amolH2O（g）和amolCO（g），平衡轉(zhuǎn)化率為50%，所以化學(xué)平衡常數(shù)為K====1，T℃時，若向一容積可變的密閉容器中同時充入3.0molCO、1.0molH2O（g）、1.0molCO2和xmolH2，為使上述反應(yīng)開始時向正反應(yīng)方向進行，則需滿足Qc==＜K=1，所以0≤x＜3，故答案為：0≤x＜3；

（4）根據(jù)原電池裝置分析，電子由鈦酸鍶電極流出，鈦酸鍶電極作為原電池負(fù)極，則鉑電極為原電池正極，H2O轉(zhuǎn)化為H2和OH-，所以電極反應(yīng)式為：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，故答案為：2H2O+2e-=H2↑+2OH-；

（5）Mg、Cu與H2反應(yīng)，生成MgCu2和僅含一種金屬元素的氫化物（其中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為7.7%），則該金屬氫化物應(yīng)為MgH2，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Mg2Cu+3H2=MgCu2+3MgH2，故答案為：2Mg2Cu+3H2=MgCu2+3MgH2。