Question

氫能以其潔凈、高效、高熱值、環(huán)境友好等特點成為最有前途的新能源，制氫和儲氫方法很多．
（1）直接熱分解法制氫

序號	分解水的過程	平衡常數(shù)	T=2500K	T=3000K
A	H2O（g）?HO（g）+H（g）	K1	1.34×10-4	8.56×10-3
B	HO（g）?H（g）+O（g）	K2	4.22×10-4	1.57×10-2
C	2H（g）?H2（g）	K3	1.52×103	3.79×10
D	2O（g）?O2（g）	K4	4.72×103	7.68×10

①屬于吸熱反應(yīng)的是：

 

  （選填：A、B、C、D）
②某溫度下，H₂O（g）?H₂（g）+

1

2

O₂（g），平衡常數(shù)K=

 

  （用含K₁、K₂、K₃、K₄表達）
（2）熱化學(xué)循環(huán)制氫
已知：Br₂（g）+CaO（s）→CaBr₂（s）+

1

2

O₂（g）△H=-73kJ/mol
3FeBr₂（s）+4H₂O（g）→Fe₃O₄（s）+6HBr（g）+H₂（g）△H=384kJ/mol
CaBr₂（s）+H₂O（g）→CaO（s）+2HBr（g）△H=212kJ/mol
Fe₃O₄（s）+8HBr（g）→Br₂（g）+3FeBr₂（s）+4H₂O（g）△H=-274kJ/mol
則H₂O（g）?H₂（g）+

1

2

O₂（g），△H=

 

KJ/mol
（3）光電化學(xué)分解制氫，其原理如圖1．

鈦酸鍶光電極的電極反應(yīng)為4OH^一+4hv-O₂+2H₂O，則鉑電極的電極反應(yīng)為

 

．
（4）生物質(zhì)制氫，若將生物質(zhì)氣化爐中出來的氣體[主要有CH₄、CO₂、H₂O（g）、CO及H₂]在1.0 1×10⁵Pa下，進入轉(zhuǎn)換爐，改變溫度條件，各成分的體積組成關(guān)系如圖2所示．下列有關(guān)圖象的解讀正確的是

 

．
A．利用CH₄與H₂O（g）及CO₂轉(zhuǎn)化為合成氣CO和H₂理論上是可行的
B．CH₄（g）+CO₂（g）→2CO（g）+2H₂（g）和CH₄（g）+H₂O（g）→CO（g）+3H₂（g），都是放熱反應(yīng)
C．CH₄與CO₂及H₂O（g）轉(zhuǎn)化為合成氣CO和H₂適宜溫度約900℃
D．圖象中曲線的交點處表示反應(yīng)達到平衡
（5）LiBH₄由于具有非常高的儲氫能力，分解時生成氫化鋰和兩種單質(zhì)，試寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

．

Answer 1

分析：（1）①圖表數(shù)據(jù)分析溫度變化平衡常數(shù)變化，依據(jù)化學(xué)平衡移動原理分析判斷；
②依據(jù)ABCD的平衡常數(shù)表達式計算，H₂O?H₂（g）+

1

2

O₂（g）的平衡常數(shù)；
（2）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學(xué)方程式；
（3）依據(jù)原電池原理分析，電子流向的方向為原電池的正極，電子流出的一端為原電池的負極；堿溶液中鉑電極上是氫離子放電生成氫氣的反應(yīng)；
（4）圖象分析可知，隨溫度升高甲烷、水、二氧化碳減少，一氧化碳、氫氣增加分析判斷；
（5）依據(jù)原子守恒書判斷產(chǎn)物寫化學(xué)方程式．

解答：解：（1）①圖標數(shù)據(jù)分析可知隨溫度升高，平衡常數(shù)增大的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，AB平衡常數(shù)隨溫度升高增大，CD隨溫度升高減小，
故答案為：AB；
②依據(jù)A、B、C、D反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式可知反應(yīng)H₂O?H₂（g）+

1

2

O₂（g）的平衡常數(shù)應(yīng)K=K₁×K₂×K₃×K4

1

2

，
故答案為：K₁×K₂×K₃×K4

1

2

；
（2）①Br₂（g）+CaO（s）→CaBr₂（s）+

1

2

O₂（g）△H=-73kJ/mol
②3FeBr₂（s）+4H₂O（g）→Fe₃O₄（s）+6HBr（g）+H₂（g）△H=384kJ/mol
③CaBr₂（s）+H₂O（g）→CaO（s）+2HBr（g）△H=212kJ/mol
④Fe₃O₄+8HBr（g）→Br₂（g）+3FeBr₂（s）+4H₂O（g）△H=-274kJ/mol，
依據(jù)蓋斯定律①+②+③+④得到則H₂O（g）?H₂（g）+

1

2

O₂（g）△H=249KJ/mol，
故答案為：249；
（3）依據(jù)裝置圖中的電子流向分析，鉑電極做原電池正極，溶液中氫離子得到電子生成氫氣，電極反應(yīng)為：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，
故答案為：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；
（4）A．圖象分析可知隨溫度升高，甲烷、二氧化碳、水蒸氣減小，一氧化碳、氫氣增多，所以利用CH₄與H₂O（g）及CO₂轉(zhuǎn)化為合成氣CO和H₂理論上是可行的，故A正確；
B．依據(jù)圖象分析，隨溫度升高，甲烷、二氧化碳、水蒸氣減小，一氧化碳、氫氣增多，升溫平衡正向進行，CH₄（g）+CO₂（g）→2CO（g）+2H₂（g）和CH₄（g）+H₂O（g）→CO（g）+3H₂（g），都是吸熱反應(yīng)，故B錯誤；
C．圖象分析可知在900°C時，二氧化碳甲烷反應(yīng)最徹底，生成一氧化碳和氫氣的量最大，CH₄與CO₂及H₂O（g）轉(zhuǎn)化為合成氣CO和H₂適宜溫度約900℃，故C正確；
D．圖象中曲線的交點處表示的是物質(zhì)含量相同，但反應(yīng)不一定達到平衡，故D錯誤；
故答案為：AC．
（5）LiBH₄由于具有非常高的儲氫能力，分解時生成氫化鋰和兩種單質(zhì)，依據(jù)元素化合價變化和原子守恒分析可知，生成物中是氫氣和硼單質(zhì)，依據(jù)原子守恒寫出分析方程式為：2LiBH₄=2LiH+2B+3H₂↑，
故答案為：2LiBH₄=2LiH+2B+3H₂↑．

點評：本題考查了化學(xué)平衡常數(shù)平衡移動分析判斷，熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計算應(yīng)用，主要是圖象曲線變化特征分析理解，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度較大．