Question

【題目】氫氣是一種重要的清潔能源。

(1)航天員呼吸產(chǎn)生的利用反應(yīng)：H，再電解水可實(shí)現(xiàn)的循環(huán)利用。

①熱力學(xué)中規(guī)定，由最穩(wěn)定單質(zhì)生成某物質(zhì)的焓變稱為該物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓(符號(hào)：)，最穩(wěn)定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓規(guī)定為0。已知上述反應(yīng)式中：

；；；

；則_____。

②反應(yīng)必須在高溫下才能進(jìn)行，原因是___________________________。

③350℃時(shí)，向體積為的恒容密閉容器中通入和發(fā)生以上反應(yīng)。

測得反應(yīng)過程中壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化如下表所示：

時(shí)間/	0	10	20	30	40	50	60
壓強(qiáng)

350℃時(shí)反應(yīng)的______(為用氣體的分壓代替各組分平衡濃度表示的平衡常數(shù)，氣體分壓=氣體的體積分?jǐn)?shù)×體系總壓)。

(2)利用乙醇重整制氫是獲得氫能的研究熱點(diǎn)，其主要反應(yīng)原理為：

反應(yīng)Ⅰ： H1

若同時(shí)通入水蒸汽，還會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)

反應(yīng)Ⅱ： H2

反應(yīng)Ⅲ： H3

反應(yīng)Ⅳ： H4

一定溫度下，某恒壓密閉容器中充入一定量的發(fā)生反應(yīng)。

已知：氫氣選擇性指轉(zhuǎn)化的原料氣中，轉(zhuǎn)化成氫氣的氫元素質(zhì)量與轉(zhuǎn)化的氫元素總質(zhì)量的比值。

①下列有關(guān)說法正確的是_______________。

A．當(dāng)混合氣的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變時(shí)，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)

B．增大乙醇初始濃度，能夠提高乙醇的平衡轉(zhuǎn)化率

C．其它條件不變，摻入稀有氣體，可提高乙醇平衡轉(zhuǎn)化率

D．其它條件不變，摻入水蒸氣，可提高氫氣的選擇性和氫氣的體積分?jǐn)?shù)

②下圖為上述條件下n(H2)隨反應(yīng)時(shí)間的變化曲線圖。若其它初始條件相同，只把容器變?yōu)楹闳菝荛]容器，請(qǐng)畫出恒容條件下，n(H2)隨反應(yīng)時(shí)間的變化曲線圖________________。

③乙醇重整制氫過程中，還可能生成固態(tài)炭，固態(tài)炭的生成會(huì)造成催化劑失活，應(yīng)盡量避免。研究其它條件相同下，反應(yīng)溫度、氧醇比、水醇比與生成固態(tài)炭的條件，得到下圖：

試根據(jù)圖象分析，反應(yīng)溫度、氧醇比、水醇比對(duì)固態(tài)炭生成的影響_____________。

Answer 1

【答案】-90 反應(yīng)的活化能高 AC 在其它條件相同的情況下，升高溫度或增大水醇比、增大氧醇比均會(huì)減少固態(tài)炭的生成。

【解析】

計(jì)算反應(yīng)的焓變時(shí)，應(yīng)將生成物的焓變減去反應(yīng)物的焓變；對(duì)于一個(gè)反應(yīng)，不管是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)，都需要提供能量引發(fā)反應(yīng)，反應(yīng)的活化能越高，所需能量越大；用分壓表示平衡常數(shù)時(shí)，可利用三段式，先求出平衡時(shí)各物質(zhì)的分壓，再代入平衡常數(shù)計(jì)算公式。對(duì)于可逆反應(yīng)，分析平衡混合氣的相對(duì)分子質(zhì)量變化時(shí)，需要考察氣體的總質(zhì)量和總物質(zhì)的量的變化；判斷反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率時(shí)，需考慮平衡移動(dòng)的方向；判斷產(chǎn)物中H2的體積分?jǐn)?shù)時(shí)，不能只考慮生成物中H2的含量，還需考慮反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。分析圖象時(shí)，一方面需考慮條件改變引起反應(yīng)時(shí)間的改變，另一方面需考慮平衡移動(dòng)的方向；分析條件改變對(duì)某產(chǎn)物產(chǎn)量的影響時(shí)，需從圖象分析入手，找出理想的區(qū)域，從而得出適宜的條件。

(1)①反應(yīng)：H

；；；

；則H =2-=2×(-242kJmol-1)-(-394 kJmol-1)= -90 kJmol-1。答案為：-90；

②反應(yīng)時(shí)提供的條件，是為了克服反應(yīng)的活化能，反應(yīng)必須在高溫下才能進(jìn)行，原因是反應(yīng)的活化能高。答案為：反應(yīng)的活化能高；

③設(shè)參加反應(yīng)的CO2物質(zhì)的量為x，利用已知數(shù)據(jù)可建立如下三段式：

則，x=2mol，350℃時(shí)反應(yīng)的Kp==。答案為：；

(2)①A．隨著反應(yīng)的進(jìn)行，混合氣的質(zhì)量不變，物質(zhì)的量不斷改變，當(dāng)混合氣的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變時(shí)，物質(zhì)的量保持不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，A符合題意；

B．增大乙醇初始濃度，相當(dāng)于加壓，平衡逆向移動(dòng)，乙醇的平衡轉(zhuǎn)化率降低，B不合題意；

C．其它條件不變，摻入稀有氣體，由于容器的壓強(qiáng)不變，氣體的體積增大，反應(yīng)混合氣的濃度減小，相當(dāng)于減壓，平衡正向移動(dòng)，乙醇平衡轉(zhuǎn)化率提高，C符合題意；

D．其它條件不變，摻入水蒸氣，反應(yīng)物中的氫元素都轉(zhuǎn)化為H2，可提高氫氣的選擇性，但各可逆反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率未知，所以氫氣的體積分?jǐn)?shù)不一定增大，D不合題意；

故選AC。答案為：AC；

②若其它初始條件相同，只把容器變?yōu)楹闳菝荛]容器，由于生成物的氣體分子數(shù)大于反應(yīng)物的氣體分子數(shù)，所以相當(dāng)于原容器加壓，反應(yīng)速率加快，達(dá)平衡的時(shí)間縮短，但平衡逆向移動(dòng)，n(H2)減小，故恒容條件下，n(H2)隨反應(yīng)時(shí)間的變化曲線圖為。答案為：；

③從圖象中可以看出，溫度一定時(shí)，增大氧醇比、水醇比，會(huì)減少固態(tài)炭生成；氧醇比、水醇比一定時(shí)，升高溫度，會(huì)減少固態(tài)炭生成，所以反應(yīng)溫度、氧醇比、水醇比對(duì)固態(tài)炭生成的影響：在其它條件相同的情況下，升高溫度或增大水醇比、增大氧醇比均會(huì)減少固態(tài)炭的生成。答案為：在其它條件相同的情況下，升高溫度或增大水醇比、增大氧醇比均會(huì)減少固態(tài)炭的生成。