Question

4．氫是一種重要的非金屬元素．氫的單質(zhì)及其化合物在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛而重要的作用．
（1）NaH是一種生氫劑，NaH與H₂O反應(yīng)放出H₂．NaH含有的化學(xué)鍵為離子鍵（填“離子鍵”或“共價鍵”），NaH與H₂O反應(yīng)的化學(xué)方程式為NaH+H₂O=NaOH+H₂↑．
（2）寫出實驗室用鋅與稀硫酸反應(yīng)制取H₂的離子方程式：Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑．圖中三根曲線表示鋅、鋁、鐵分別與稀硫酸反應(yīng)時金屬質(zhì)量與H₂體積的關(guān)系，其中能表示鋁的是c（填“a”“b”或“c”）．
（3）金屬-有機框架物（MOFs）儲氫材料是由金屬氧化物團簇通過有機高分子鏈組裝形成的晶態(tài)材料．MOFs儲氫材料比表面積大，空隙率高，儲氫容量大，其儲氫和放氫的原理可表示為MOFs（s）+nH₂（g）$?_{放氫}^{儲氫}$（H₂）_nMOFs（s），△H＜0，則儲氫時的適宜條件為B（填字母）．
A．低溫低壓　  　B．低溫高壓    C．高溫低壓    D．高溫高壓
（4）某硝酸廠處理尾氣中的NO的方法是用H₂將NO還原為N₂．已知：

H₂還原NO生成氮氣和水蒸氣的熱化學(xué)方程式是2NO（g）+2H₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-665kJ•mol^-1．
（5）一定條件下，用H₂將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷的反應(yīng)如下：CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）
向一容積為2L的恒容密閉容器中充入一定量的CO₂和H₂，在300℃時發(fā)生上述反應(yīng)，10min后達到平衡時各物質(zhì)的濃度分別為：CO₂為0.2mol•L^-1，H₂為0.8mol•L^-1，CH₄為0.8mol•L^-1，H₂O為1.6mol•L^-1．
①0～10min內(nèi)v（H₂）=0.32mol•L^-1•min^-1．
②300℃時上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K=25，若200℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64.8，則該反應(yīng)的△H＜（填“＞”或“＜”）0．

Answer 1

分析 （1）NaH是一種生氫劑屬于離子化合物，NaH與H₂O反應(yīng)放出H₂．是氫元素發(fā)生的歸中反應(yīng)；
（2）實驗室用鋅與稀硫酸反應(yīng)制取H₂，發(fā)生置換反應(yīng)生成硫酸鋅和氫氣，依據(jù)氧化還原反應(yīng)電子守恒分析，同質(zhì)量的金屬，摩爾電子質(zhì)量越小，生成氫氣越多；
（3）儲氫過程是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，結(jié)合化學(xué)平衡移動原理分析判斷需要合適的條件；
（4）根據(jù)能量變化圖，則反應(yīng)斷鍵共吸收2×630+2×436=2132kJ，形成共放出945+4×463=2797kJ，所以該反應(yīng)共放出2797-2132=665kJ的熱量，據(jù)此書寫；
（5）據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計算，
平衡狀態(tài)c（H₂）=c（CH₄）=0.8mol/L，c（CO₂）=0.2mol/L；
               CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）
起始量（mol/L） 1.0      4.0       0        0
變化量（mol/L） 0.8      3.2       0.8      1.6
平衡量（mol/L） 0.2      0.8       0.8      1.6
①反應(yīng)速率V=$\frac{△c}{△t}$計算；
②根據(jù)平衡常數(shù)為生成物濃度的冪次方之積比上反應(yīng)物濃度的冪次方之積書寫；比較300℃與200℃時的平衡常數(shù)K的值判斷反應(yīng)的△H；

解答 解：（1）NaH是一種生氫劑屬于離子化合物，NaH含有的化學(xué)鍵為離子鍵，NaH與H₂O反應(yīng)放出H₂發(fā)生氧化還原反應(yīng)反應(yīng)的化學(xué)方程式為：NaH+H₂O=NaOH+H₂↑；
故答案為：離子鍵，NaH+H₂O=NaOH+H₂↑；
（2）實驗室用鋅與稀硫酸反應(yīng)制取H₂，發(fā)生置換反應(yīng)生成硫酸鋅和氫氣，反應(yīng)的離子方程式為：Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑，依據(jù)氧化還原反應(yīng)電子守恒分析，同質(zhì)量的金屬，摩爾電子質(zhì)量越小，生成氫氣越多，鋅、鋁、鐵分別與稀硫酸反應(yīng)時金屬質(zhì)量與H₂體積的關(guān)系可知，同質(zhì)量的金屬生成氫氣越多的，其摩爾電子質(zhì)量越小，摩爾電子質(zhì)量分別為：Zn為32.5g/mol，Al為9g/mol，Mg為12/mol，所以同質(zhì)量的金屬鋁生成氫氣最多，圖象中c符合；
故答案為：Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑，c；
（3）其儲氫和放氫的原理可表示為MOFs（s）+nH₂（g）$?_{放氫}^{儲氫}$（H₂）_nMOFs（s），△H＜0，儲氫過程是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，平衡正向進行，需要的條件為低溫高壓；
故答案為：B；
（4）根據(jù)能量變化圖，則反應(yīng)斷鍵共吸收2×630+2×436=2132kJ，形成共放出945+4×463=2797kJ，所以該反應(yīng)共放出2797-2132=665kJ的熱量，熱化學(xué)方程式為：2NO（g）+2H₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-665kJ•moL^-1；
故答案為：2NO（g）+2H₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-665kJ•moL^-1；
（5）平衡狀態(tài)c（H₂）=c（CH₄）=0.8mol/L，c（CO₂）=0.2mol/L；
               CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）
起始量（mol/L） 1.0      4.0       0        0
變化量（mol/L） 0.8      3.2       0.8      1.6
平衡量（mol/L） 0.2      0.8       0.8      1.6
①0～10min內(nèi)v（H₂）=$\frac{3.2mol/L}{10min}$=0.32mol/L•min；
故答案為：0.32mol/L•min；
②反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（{H}_{2}O）{c}^{2}（C{H}_{4}）}{c（C{O}_{2}）{c}^{4}（{H}_{2}）}$=$\frac{1．{6}^{2}×0.8}{0.2×0．{8}^{4}}$=25，因為200℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64.8，所以升溫K變小，平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以△H＜0；
故答案為：25，＜．

點評 本題考查了熱化學(xué)方程式定量計算，化學(xué)方程式三段式計算應(yīng)用，氧化還原反應(yīng)的理解應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．