Question

7．氫氣是一種清潔能源，氫氣的制取與儲存是氫能源利用領(lǐng)域的熱點(diǎn)．
（1）NaBH₄是一神重要的儲氫載體，能與水反應(yīng)生成NaBO₂，且反應(yīng)前后B的化合價(jià)不變，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑，反應(yīng)消耗1molNaBH₄時(shí)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為4N_A或2.408×10²⁴．
（2）H₂S熱分解可制氫氣．反應(yīng)方程式：2H₂S（g）═2H₂（g）+S₂（g）△H；在恒容密閉容器中，測得H₂S分解的轉(zhuǎn)化率（H₂S起始濃度均為c mol/L）如圖1所示．圖l中曲線a表示H₂S的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系，曲線b表示不同溫度下反應(yīng)經(jīng)過相同時(shí)間且未達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)H₂S的轉(zhuǎn)化率．
①△H＞0（填“＞”“＜”或“=”）；
②若985℃時(shí)，反應(yīng)經(jīng)t min達(dá)到平衡，此時(shí)H₂S的轉(zhuǎn)化率為40%，則t min內(nèi)反應(yīng)速率v（ H₂）=$\frac{0.4c}{t}$mol•L^-1•min^-1（用含c、t的代數(shù)式表示）；
③請說明隨溫度升高，曲線b向曲線a接近的原因溫度升高，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡所需時(shí)間縮短．
（3）使用石油裂解的副產(chǎn)物CH₄可制取H₂，某溫度下，向體積為2L的密閉容器中充入0.40mol CH₄（g）和0.60molH₂O（g）的濃度隨時(shí)間的變化如表所示：

時(shí)間/mol 濃度/mol•L-1 物質(zhì)	0	1	2	3	4
CH4	0.2	0.13	0.1	0.1	0.09
H2	0	0.21	0.3	0.3	0.33

①寫出此反應(yīng)的化學(xué)方程式CH₄+H₂O?3H₂+CO，此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)是0.135．
②3min時(shí)改變的反應(yīng)條件是升高溫度或增大H₂O的濃度或減小CO的濃度（只填一種條件的改變）．
③一定條件下CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2所示．則P₁-P₂填“＞”、“＜”或“=“）．

Answer 1

分析 （1）NaBH₄與水反應(yīng)生成NaBO₂，且反應(yīng)前后B的化合價(jià)不變，H元素化合價(jià)由-1價(jià)、+1價(jià)變?yōu)?價(jià)，結(jié)合轉(zhuǎn)移電子守恒配平方程式；
（2）①根據(jù)溫度升高，H₂S轉(zhuǎn)化率增大，可知化學(xué)平衡正向移動，化學(xué)平衡移動原理可知升溫平衡吸熱反應(yīng)方向進(jìn)行，向據(jù)此分析；
②根據(jù)轉(zhuǎn)化率求出H₂S的反應(yīng)的量，再求反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$；
③根據(jù)溫度對速率的影響分析，溫度越高反應(yīng)速率越大；
（3）①反應(yīng)方程式為CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）根據(jù)三行式代入平衡常數(shù)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算；
②根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知3min時(shí)達(dá)到平衡，再根據(jù)4min時(shí)各組分濃度變化量判斷改變的條件；
③根據(jù)壓強(qiáng)對平衡移動影響，結(jié)合圖象分析解答，溫度一定壓強(qiáng)越大平衡逆向進(jìn)行，甲烷轉(zhuǎn)化率減��；

解答 解：（1）NaBH₄與水發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成NaBO₂和H₂，化學(xué)方程式為：NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑，氫元素化合價(jià)-1價(jià)和+1價(jià)變化為0價(jià)，反應(yīng)消耗1molNaBH₄時(shí)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為4mol，即4N_A或2.408×10²⁴，
故答案為：NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑；4N_A或2.408×10²⁴；
（2）①由圖象可知，溫度升高，轉(zhuǎn)化率增大，則平衡正移，所以正方向?yàn)槲鼰岱较�，即△H＞0，
故答案為：＞；
②H₂S的起始濃度均為c mol•L^-1，若985℃時(shí)，反應(yīng)經(jīng)t min達(dá)到平衡，此時(shí)H₂S的轉(zhuǎn)化率為40%，則參加反應(yīng)的硫化氫為c mol•L^-1×40%=0.4cmol•L^-1，
v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.4c}{t}$mol•L^-1•min^-1；
故答案為：$\frac{0.4c}{t}$mol•L^-1•min^-1；
③隨著溫度升高，反應(yīng)速率逐漸加快，達(dá)到平衡所需時(shí)間縮短，所以曲線b向曲線a逼近；
故答案為：溫度升高，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡所需時(shí)間縮短；
（3）①反應(yīng)方程式為：CH₄+H₂O?3H₂+CO，結(jié)合三行計(jì)算列式計(jì)算平衡濃度，計(jì)算平衡常數(shù)，
                           CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g），
初起量（mol•L^-1）：0.2                 0.3            0            0
變化量（mol•L^-1）：0.1                 0.1           0.1            0.3
平衡量（mol•L^-1）：0.1               0.2             0.1             0.3
所以K=$\frac{0．{3}^{3}×0.1}{0.1×0.2}$=0.135，
故答案為：CH₄+H₂O?3H₂+CO，0.135；
②3min時(shí)改變的反應(yīng)條件，反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，可能為升高溫度或增大H₂O的濃度或減小CO的濃度，
故答案為：升高溫度或增大H₂O的濃度或減小CO的濃度；
③一定條件下CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2，CH₄+H₂O?3H₂+CO，反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量增大，分析可知溫度一定，壓強(qiáng)越大平衡逆向進(jìn)行，甲烷的轉(zhuǎn)化率減小，P₁＜P₂，
故答案為：＜．

點(diǎn)評 本題考查了氧化還原反應(yīng)電子守恒、影響化學(xué)平衡的因素分析、平衡常數(shù)計(jì)算、圖象變化分析判斷方法等，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．