Question

(16分）氫是一種理想的綠色清潔能源，氫氣的制取與儲(chǔ)存是氫能源利用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 利用FeO/Fe3O4循環(huán)制氫，已知：

H2O（g）+3FeO(s)Fe3O4(s) + H2(g) △H=a KJ/mol (Ⅰ)

2Fe3O4(s)＝6FeO(s) + O2(g) △H=b KJ/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(shí)，H2生成速率[細(xì)顆粒（直徑0.25 mm），粗顆粒（直徑3 mm）]（圖2）。

（1）反應(yīng)：2H2O（g）＝2H2(g) + O2(g) ΔH= （用含a、b代數(shù)式表示）；

（2）在上述循環(huán)制氫的過(guò)程中FeO的作用是： ；

（3）900°C時(shí)，在兩個(gè)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(shí)，H2生成速率不同的原因是： ；

②用細(xì)顆粒FeO時(shí)，H2O (g)的轉(zhuǎn)化率比用粗顆粒FeO時(shí)H2O(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)算過(guò)程）。

（4）在坐標(biāo)圖3中畫出在1000°C、用細(xì)顆粒FeO時(shí)，H2O(g)轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化示意圖（進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)注）：

 

 

Answer 1

（1）（2a+b）kJ/mol （2分）（無(wú)kJ/mol或“2a+bkJ/mol”扣1分，其他不給分）

（2）作催化劑（2分）

（3）①細(xì)顆粒FeO表面積大，與H2的接觸面大，反應(yīng)速率加快；

（3分）（“增大接觸面、加快反應(yīng)速率”、“接觸面越大，反應(yīng)速率越快”等合理表達(dá)給3分；答“增大反應(yīng)物濃度”、“FeO的量增加，反應(yīng)速率加快”給1分）；

②相等（2分）（答“等于”、“＝”給1分）

③（4分）【解析】
900℃時(shí)，達(dá)到平衡FeO轉(zhuǎn)化的量為：n（FeO）＝0.60mol×40%=0.24mol，

H2O（g）+3FeO（s） Fe3O4（s）+ H2（g）

開始（mol）：0.2 0.6 0 0

轉(zhuǎn)化（mol）：0.08 0.24 0.08 0.08

平衡（mol）：0.12 0.36 0.08 0.08

K＝＝0.6

（4）（3分）

【解析】

試題分析：（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；

（2）氧化亞鐵在反應(yīng)前后不變，因此起到催化劑作用；

（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；

②固體的表面加大小與平衡移動(dòng)無(wú)關(guān)，則平衡狀態(tài)相同，轉(zhuǎn)化率相等；

③由圖象可知900℃時(shí)，達(dá)到平衡FeO轉(zhuǎn)化的量為：n（FeO）＝0.60mol×40%＝0.24mol

H2O（g）+3FeO（s） Fe3O4（s）+ H2（g）

開始（mol）：0.2 0.6 0 0

轉(zhuǎn)化（mol）：0.08 0.24 0.08 0.08

平衡（mol）：0.12 0.36 0.08 0.08

K＝＝0.67

（4）由圖1可知，升高溫度，F(xiàn)eO的轉(zhuǎn)化率降低，說(shuō)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

。

考點(diǎn)：考查蓋斯定律的應(yīng)用、外界條件對(duì)平衡狀態(tài)的影響以及平衡狀態(tài)的計(jì)算等