Question

2．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）金屬-有機(jī)框架物（MOFs）儲氫材料是由金屬氧化物團(tuán)簇通過有機(jī)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
（3）一定條件下，二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷的反應(yīng)如下：
CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H＜0
①一容積為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(dá)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．起始充入H₂的物質(zhì)的量為8mol，CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為80%．300℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=25．
②現(xiàn)有兩個相同恒容絕熱（與外界沒有熱量交換）密閉容器Ⅰ、Ⅱ，在Ⅰ中充入1 molCO₂和4mol H₂，在Ⅱ中充入 1mol CH₄和2 mol H₂O（g），300℃下開始反應(yīng)，達(dá)到平衡時，下列說法正確的是C（填字母）．
A．容器Ⅰ、Ⅱ中正反應(yīng)速率相同
B．容器Ⅰ、Ⅱ中反應(yīng)的平衡常數(shù)相同
C．容器Ⅰ中CO₂的物質(zhì)的量比容器Ⅱ中的多．

Answer 1

分析 （1）NaH是一種生氫劑，NaH與H₂O反應(yīng)放出H₂，還生成NaOH，NaH屬于離子化合物；
（2）向正反應(yīng)進(jìn)行為儲氫過程，儲氫過程是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，適宜的條件為低溫高壓；
（3）①平衡狀態(tài)時，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根據(jù)n=cV計算氫氣起始物質(zhì)的量；
二氧化碳轉(zhuǎn)化率=$\frac{二氧化碳濃度變化量}{二氧化碳起始濃度}$×100%；
平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{4}）×{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{4}（{H}_{2}）}$；
②由于容器是恒容的絕熱體系，與外界沒有熱量交換，容器Ⅰ反應(yīng)向右進(jìn)行，容器溫度會升高，容器Ⅱ反應(yīng)向左進(jìn)行，容器溫度會降低．恒溫時，容器Ⅰ和Ⅱ完全等效，再到絕熱體系，對容器Ⅰ升溫，對容器Ⅱ降溫．
A．平衡時溫度越高，反應(yīng)速率越快；
B．平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不同，平衡常數(shù)不同；
C．恒溫時，容器Ⅰ和Ⅱ完全等效，再到絕熱體系，對容器Ⅰ升溫，對容器Ⅱ降溫，Ⅰ平衡向左移，容器Ⅱ平衡向右移．

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，還生成NaOH，反應(yīng)化學(xué)方程式為：NaH+H₂O=NaOH+H₂↑，
故答案為：離子鍵，NaH+H₂O=NaOH+H₂↑；
（2）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(jìn)行，需要的條件為低溫高壓；
故答案為：B；
（3）①平衡狀態(tài)時，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氫氣起始物質(zhì)的量為2L×4mol/L=8mol；
二氧化碳轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.8mol/L}{1.0mol/L}$×100%=80%；
平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{4}）×{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{4}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.8×1．{6}^{2}}{0.2×0．{8}^{4}}$=25，
故答案為：8；80%；25；
②由于容器是恒容的絕熱體系，與外界沒有熱量交換，容器Ⅰ反應(yīng)向右進(jìn)行，容器溫度會升高，容器Ⅱ反應(yīng)向左進(jìn)行，容器溫度會降低．恒溫時，容器Ⅰ和Ⅱ完全等效，再到絕熱體系，對容器Ⅰ升溫，對容器Ⅱ降溫，
A．容器Ⅰ的溫度比Ⅱ高，反應(yīng)速率也要快，故A錯誤；
B．平衡后容器I的溫度要比容器Ⅱ要高，平衡常數(shù)不相等，升高溫度平衡左移，故平衡常數(shù)K（Ⅰ）＜K（Ⅱ），故B錯誤；
C．恒溫時，容器Ⅰ和Ⅱ完全等效，再到絕熱體系，對容器Ⅰ升溫，對容器Ⅱ降溫，Ⅰ平衡向左移，與恒溫相比CO₂的物質(zhì)的量增大，容器Ⅱ平衡向右移，與恒溫相比CO₂的物質(zhì)的量減小，故容器Ⅰ中CO₂的物質(zhì)的量比容器Ⅱ中的多，故C正確，
故選：C．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡計算、平衡移動原理及其應(yīng)用等，（3）中②為易錯點(diǎn)、難點(diǎn)，關(guān)鍵是利用等效思想構(gòu)建平衡建立的途徑，整體難度較大．