Question

20．開發(fā)新能源、新材料是實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展的需要．請回答下列問題：
（1）圖1為LiBH₄/MgH₂體系放氫焓變示意圖．

則：Mg（s）+2B（s）=MgB₂（s）△H=-93 kJ•mol^-1．
（2）采用球磨法制備Al與LiBH₄的復(fù)合材料，并對Al-LiBH₄體系與水反應(yīng)產(chǎn)氫的特性進行下列研究：25℃水浴時，每克不同配比的Al-LiBH₄復(fù)合材料與水反應(yīng)產(chǎn)生H₂體積隨時間變化關(guān)系如圖2示．下列說法正確的是AB（填字母）．

A．25℃時，純鋁與水不反應(yīng)
B．25℃時，純LiBH₄與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣
C．25℃時，Al-LiBH₄復(fù)合材料中LiBH₄含量越高，1000s內(nèi)產(chǎn)生氫氣的體積越大
（3）工業(yè)上可采用CO和H₂合成再生能源甲醇，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．

①在一容積可變的密閉容器中，充有10molCO和20mol H₂，用于合成甲醇．CO的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度（T）、壓強（P）的關(guān)系如圖3所示．則：上述合成甲醇的反應(yīng)為放熱反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”）．
平衡常數(shù)K_A、K_B、K_C的大小關(guān)系為K_A=K_B＞K_C．
若達到平衡狀態(tài)A時容器的體積為10L，則平衡狀態(tài)B時容器的體積為2L．
②圖中虛線為該反應(yīng)在使用催化劑條件下，起始H₂、CO投料比和CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系圖．當其他條件完全相同時，用實線畫出不使用催化劑情況下，起始H₂、CO投料比和CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系示意圖．
（4）次磷酸鈷[Co（H₂PO₂）₂]廣泛應(yīng)用于化學(xué)鍍鈷，工業(yè)上利用電解法制備次磷酸鈷的電極材料為金屬鈷和不銹鋼，其電解裝置如圖4所示（其中陰離子交換膜只允許陰離子通過，其中陽離子交換膜只允許陽離子通過）．則：
①N極的電極反應(yīng)式為：2H₂O+2e^-=H₂↑+OH^- 或2H⁺+2e^-=H₂↑；
②次磷酸鈷在I區(qū)生成（填“Ⅰ、Ⅱ或Ⅲ”）．
③已知次磷酸與足量氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為：
H₃PO₂+NaOH=NaH₂PO₂+H₂O，則NaH₂PO₂溶液中離子濃度由大到小的順序為c（Na⁺）＞c（H₂PO₂^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）由圖可知：①．2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiH（s）+2B（s）+MgH₂（s）+3H₂（g）△H=+200 kJ•mol^-1，
②2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiBH₄（s）+Mg（s））+H₂（g）△H=+76 kJ•mol^-1
③2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiH（s）+MgB₂（s）+4H₂（g）△H=+183 kJ•mol^-1
④2LiH（s）+MgB₂（s）+4H₂（g）=2LiH（s）+2B（s）+MgH₂（s）+3H₂（g）△H=+（200-183）kJ•mol^-1，即：MgB₂（s）+H₂（g）=2B（s）+MgH₂（s）△H=+17 kJ•mol^-1，
所以-④-②得：Mg（s）+2B（s）═MgB₂（s），據(jù)蓋斯定律計算反應(yīng)的焓變；
（2）①A．由圖知LiBH₄含量為0時，氫氣的體積為0，故25℃時，純鋁與水不反應(yīng)，；
B．純Al不與水反應(yīng)，而Al-LiBH₄復(fù)合材料能與水反應(yīng)生成氫氣，應(yīng)是LiBH₄與水反應(yīng)生成氫氣；
C．由圖可知25℃時，Al-LiBH₄復(fù)合材料中LiBH₄含量為25%時，1000s內(nèi)產(chǎn)生氫氣的體積最大；
（3）①由圖可知，隨溫度升高CO的轉(zhuǎn)化率減小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動；
溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)不變，溫度升高平衡向吸熱的方向移動，平衡常數(shù)減��；
根據(jù)CO的轉(zhuǎn)化率計算平衡時A中各組分物質(zhì)的量，再根據(jù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計算平衡常數(shù)，A、B兩點溫度相同，二者平衡常數(shù)相同，結(jié)合B中CO轉(zhuǎn)化率計算平衡時B中各組分物質(zhì)的量，再根據(jù)平衡常數(shù)計算平衡時B容器的容積；
②不使用催化劑情況下，反應(yīng)速率減慢，到達平衡時間變長，不影響平衡移動，平衡時CO轉(zhuǎn)化率不變；
（4）①②由圖可知，H₂PO₂^-經(jīng)過陰離子交換膜進入I室生成Co（H₂PO₂）₂，則M為陽極，N為陰極，陰極上為水放電生成氫氣與氫氧根離子，Na⁺經(jīng)過陽離子交換膜進入Ⅱ室，有NaOH生成；
③氫氧化鈉足量，發(fā)生反應(yīng)：H₃PO₂+NaOH=NaH₂PO₂+H₂O，則H₃PO₂為一元酸，溶液中H₂PO₂^-水解呈堿性．

解答 解：（1）由圖可知：①．2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiH（s）+2B（s）+MgH₂（s）+3H₂（g）△H=+200 kJ•mol^-1，
②2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiBH₄（s）+Mg（s））+H₂（g）△H=+76 kJ•mol^-1
③2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiH（s）+MgB₂（s）+4H₂（g）△H=+183 kJ•mol^-1
④2LiH（s）+MgB₂（s）+4H₂（g）=2LiH（s）+2B（s）+MgH₂（s）+3H₂（g）△H=+（200-183）kJ•mol^-1，即：MgB₂（s）+H₂（g）=2B（s）+MgH₂（s）△H=+17 kJ•mol^-1，
所以-④-②得：Mg（s）+2B（s）═MgB₂（s），則△H=-（17+76）kJ•mol^-1，
故答案為：-93 kJ•mol^-1；
（2）①A．由圖知LiBH₄含量為0時，氫氣的體積為0，故25℃時，純鋁與水不反應(yīng)，故A正確；
B．純Al不與水反應(yīng)，而Al-LiBH₄復(fù)合材料能與水反應(yīng)生成氫氣，應(yīng)是LiBH₄與水反應(yīng)生成氫氣，故B正確；
C．由圖可知25℃時，Al-LiBH₄復(fù)合材料中LiBH₄含量為25%時，1000s內(nèi)產(chǎn)生氫氣的體積最大，故C錯誤，
故選：AB；
（3）①由圖可知，隨溫度升高CO的轉(zhuǎn)化率減小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
因B點與A點溫度相同，K不變，對于上述反應(yīng)溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)減小，所以A、B、C三點的平衡常數(shù)K_A=K_B＞K_C；
T₁時，A點對應(yīng)的α=0.5，則：
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）：10      20        0
變化量（mol）：5       10        5
平衡量（mol）：5       10        5
平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{5}{10}}{\frac{5}{10}×（\frac{10}{10}）^{2}}$=1，A、B兩點溫度相同，二者平衡常數(shù)相同，
B中平衡時CO轉(zhuǎn)化率為0.8，則：
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）：10      20      0
變化量（mol）：8       16      8
平衡量（mol）：2       4       8
設(shè)平衡時B容器的容積為VL，則：$\frac{\frac{8}{V}}{\frac{2}{V}×（\frac{4}{V}）^{2}}$=1，解得V=2，
故答案為：放熱；K_A=K_B＞K_C；2；
②不使用催化劑情況下，反應(yīng)速率減慢，到達平衡時間變長，不影響平衡移動，平衡時CO轉(zhuǎn)化率不變，不使用催化劑情況下，起始H₂、CO投料比和CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系示意圖：，
故答案為：；
（4）由圖可知，H₂PO₂^-經(jīng)過陰離子交換膜進入I室生成Co（H₂PO₂）₂，則M為陽極，N為陰極，陰極上為水放電生成氫氣與氫氧根離子，Na⁺經(jīng)過陽離子交換膜進入Ⅱ室，有NaOH生成．
①N極的電極反應(yīng)式為：2H₂O+2e^-=H₂↑+OH^- 或2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案為：2H₂O+2e^-=H₂↑+OH^- 或2H⁺+2e^-=H₂↑；
②次磷酸鈷在I區(qū)生成，故答案為：I；
③氫氧化鈉足量，發(fā)生反應(yīng)：H₃PO₂+NaOH=NaH₂PO₂+H₂O，則H₃PO₂為一元酸，溶液中H₂PO₂^-水解呈堿性，溶液中離子濃度為：c（Na⁺）＞c（H₂PO₂^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（Na⁺）＞c（H₂PO₂^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

點評 本題考查化學(xué)平衡計算、反應(yīng)熱有關(guān)計算、電解原理應(yīng)用、離子濃度大小比較等，是對學(xué)生總能力的考查，難度較大．