Question

13．合金貯氫材料具有優(yōu)異的吸收氫性能，在配合氫能的開(kāi)發(fā)中起到重要作用．
（1）一定溫度下，某貯氫合金（M）的貯氫過(guò)程如圖所示，縱軸為平衡時(shí)氫氣的壓強(qiáng)（p），橫軸表示固相中氫原子與金屬原子的個(gè)數(shù)比（H/M）．
在OA段，氫溶解于M中形成固溶體MH_x，隨著氫氣壓強(qiáng)的增大，H/M逐慚增大；在AB段，MH_x與氫氣發(fā)生氫化反應(yīng)生成氫化物MH_y，氫化反應(yīng)方程式為：zMH_x（s）+H₂（g）═zMH_y（s）△H（Ⅰ）；在B點(diǎn)，氫化反應(yīng)結(jié)束，進(jìn)一步增大氫氣壓強(qiáng)，H/M幾乎不變．反應(yīng)（Ⅰ）中z=$\frac{2}{y-x}$（用含x和y的代數(shù)式表示）．溫度為T(mén)₁時(shí)，2g某合金4min內(nèi)吸收氫氣240mL，吸氫速率v=30mL•g^-1•min^-1．反應(yīng)的焓變△H_Ⅰ＜0（填“＞”“＜”或“=”）．
（2）η表示單位質(zhì)量貯氫合金在氫化反應(yīng)階段的最大吸氫量占其總吸氫量的比例，則溫度為T(mén)1、T2時(shí)，η（T₁）＞ η（T₂）（填“＞”“＜”或“=”）．當(dāng)反應(yīng)（Ⅰ）處于圖中a點(diǎn)時(shí)，保持溫度不變，向恒容體系中通入少量氫氣，達(dá)到平衡后反應(yīng)（Ⅰ）可能處于圖中的c點(diǎn)（填“b”“c”或“d”），該貯氫合金可通過(guò)加熱或加壓的方式釋放氫氣．
（3）貯氫合金ThNi₅可催化由CO、H₂合成CH₄的反應(yīng)，溫度為T(mén)時(shí)，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CO（g）+3H₂（g）=CH₄（g）+H₂O（g）△H=-206kJ•mol^-1 ．
已知溫度為T(mén)時(shí)：CH₄（g）+2H₂O=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165KJ•mol^-1
CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41KJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)H原子守恒計(jì)算計(jì)算z的值；
由吸氫速率單位可知，為單位時(shí)間內(nèi)單位質(zhì)量金屬吸收氫氣體積；
由圖可知，氫原子與金屬原子的個(gè)數(shù)比相同時(shí)，T₂溫度高，對(duì)應(yīng)的平衡時(shí)氫氣的壓強(qiáng)大，說(shuō)明升高溫度，平衡逆向移動(dòng)；
（2）T₂溫度高，對(duì)應(yīng)的平衡時(shí)氫氣的壓強(qiáng)大，則升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，低溫下有利于吸收氫；
當(dāng)反應(yīng)（Ⅰ）處于圖中a點(diǎn)時(shí)，保持溫度不變，向恒容體系中通入少量氫氣，因溫度不變，K不變，則平衡時(shí)氫原子與金屬原子的個(gè)數(shù)比增大，平衡點(diǎn)在曲線AB上；
釋放氫氣即為平衡逆向移動(dòng)，結(jié)合該反應(yīng)為放熱反應(yīng)、氣體體積減小的反應(yīng)特點(diǎn)解答；
（3）已知：①CH₄（g）+2H₂O═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165kJ•mol^-1
②CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，②-①可得：CO（g）+3H₂（g）═CH₄（g）+H₂O（g）．

解答 解：（1）；zMH_x（s）+H₂（g）?zMH_y（s）中遵循質(zhì)量守恒定律，則反應(yīng)前后H原子個(gè)數(shù)相同，則zx+2=zy，解得z=$\frac{2}{y-x}$；
由吸氫速率單位可知，為單位時(shí)間內(nèi)單位質(zhì)量金屬吸收氫氣體積，故吸氫速率v=$\frac{\frac{240mL}{2g}}{4min}$=30mL•g^-1•min^-1；
由圖可知，氫原子與金屬原子的個(gè)數(shù)比相同時(shí)，T₂溫度高，對(duì)應(yīng)的平衡時(shí)氫氣的壓強(qiáng)大，說(shuō)明升高溫度反應(yīng)向生成氫氣的方向移動(dòng)，即升高溫度向逆方向移動(dòng)，則逆方向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，所以正方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，即△H₁＜0，
故答案為：$\frac{2}{y-x}$；30；＜；
（2）T₂溫度高，對(duì)應(yīng)的平衡時(shí)氫氣的壓強(qiáng)大，則升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，低溫下有利于吸收氫，T₁＜T₂時(shí)，則η（T₁）＞η（T₂）；
當(dāng)反應(yīng)（Ⅰ）處于圖中a點(diǎn)時(shí)，保持溫度不變，向恒容體系中通入少量氫氣，因溫度不變，K不變，平衡時(shí)氫原子與金屬原子的個(gè)數(shù)比增大，平衡點(diǎn)在曲線AB上，則達(dá)到平衡后反應(yīng)（Ⅰ）可能處于圖中的c點(diǎn)；
釋放氫氣即為平衡逆向移動(dòng)，因該反應(yīng)為放熱反應(yīng)、氣體體積減小的反應(yīng)，則該貯氫合金可通過(guò)加熱或減壓的方式釋放氫氣；
故答案為：＞；c；加熱；減壓；
（3）已知：①CH₄（g）+2H₂O═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165kJ•mol^-1
②CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，②-①可得：CO（g）+3H₂（g）=CH₄（g）+H₂O（g）△H=-206kJ•mol^-1 ，
故答案為：CO（g）+3H₂（g）=CH₄（g）+H₂O（g）△H=-206kJ•mol^-1 ．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡圖象、反應(yīng)速率、蓋斯定律應(yīng)用等，把握平衡移動(dòng)的影響因素、圖象中縱橫坐標(biāo)的含義為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的綜合考查，題目難度中等．