氫氣是一種清潔能源,可以通過多種方法制得.
(1)工業(yè)上用水煤氣法制氫氣,有關(guān)化學方程式是:
反應一:C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)△H>0
反應二:CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H<0
①若反應一在t℃時達到化學平衡狀態(tài),則此溫度下該反應的平衡常數(shù)表達式K=
c(CO)c(H2)
c(H2O)
c(CO)c(H2)
c(H2O)
;
②在427℃時將CO 和H2O(g)各0.01mol通入體積為2升的密閉容器中反應,5分鐘時達到平衡狀態(tài),該反應的平衡常數(shù)是9,則CO的轉(zhuǎn)化率是
75%
75%
,用CO的濃度變化表示的反應率速v(CO)是
7.5×10-4
7.5×10-4
mol/(L?min).
(2)利用電解飽和食鹽水也可制得氫氣,圖為電解食鹽水的示意圖:請回答:
①C1電極是
極(填“陰”或“陽”),C2電極的電極反應式是
2H++2e-=H2
2H++2e-=H2

②該電解反應的離子方程式是
2Cl-+2H2O=Cl2↑+H2↑+2OH-
2Cl-+2H2O=Cl2↑+H2↑+2OH-

(3)通過下列方法也可以得到氫氣.
已知:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206.2kJ?mol-1
CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)△H=-247.4kJ?mol-1
1molCH4(g)與H2O(g)反應生成CO2(g)和H2(g)的反應熱是
+659.8
+659.8
kJ?mol-1
分析:(1)①依據(jù)化學方程式和平衡常數(shù)概念分析判斷;
②依據(jù)化學平衡三段式列式計算,結(jié)合轉(zhuǎn)化率、反應速率概念計算得到;
(2)①分析裝置圖可知C1為陽極溶液中氯離子失電子生成氯氣,C2為陰極溶液中氫離子得到電子生成氫氣;
②依據(jù)電解原理分析判斷反應產(chǎn)物,電解飽和食鹽水是氯化鈉和水反應生成氯氣和氫氣和氫氧化鈉;
(3)陽極熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式分析判斷.
解答:解:(1)①C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g),注意碳為固體,由反應的化學方程式可知平衡常數(shù)表達式K=
c(CO)c(H2)
c(H2O)
,
故答案為:
c(CO)c(H2)
c(H2O)
;
②在427℃時將CO 和H2O(g)各0.01mol通入體積為2升的密閉容器中反應,5分鐘時達到平衡狀態(tài),該反應的平衡常數(shù)是9,設(shè)CO的轉(zhuǎn)化率是x依據(jù)三段式列式得到:
              CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)
起始量(mol) 0.01     0.01        0       0
變化量(mol) 0.01x    0.01x       0.01x    0.01x
平衡量(mol)0.01-0.01x  0.01-0.01x  0.01x   0.01x
K=
(0.01x)2
(0.01-0.01x)2
=9
x=0.75=75%;
用CO的濃度變化表示的反應率速v(CO)=
0.01×0.75mol
2L
5min
=7.5×10-4 mol/L?min;
故答案為:75%;7.5×10-4 ;
(2)①分析裝置圖可知,陽離子移向C2電極為陰極,C1為陽極溶液中氯離子失電子生成氯氣,電極反應為:2Cl--2e-=Cl2↑,C2為陰極溶液中氫離子得到電子生成氫氣,電極反應為:2H++2e-=H2↑,
故答案為:陽;2H++2e-=H2↑;
②C1為陽極溶液中氯離子失電子生成氯氣,電極反應為:2Cl--2e-=Cl2↑,C2為陰極溶液中氫離子得到電子生成氫氣,電極反應為:2H++2e-=H2↑;
電池反應的離子方程式為:2Cl-+2H2O=
 通電 
.
 
Cl2↑+H2↑+2OH-;
故答案為:2Cl-+2H2O=
 通電 
.
 
Cl2↑+H2↑+2OH-
(3)①CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206.2kJ?mol-1
②CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)△H=-247.4kJ?mol-1
1molCH4(g)與H2O(g)反應生成CO2(g)和H2(g)的反應依據(jù)蓋斯定律①×2-②得到:CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)△H=+659.8kJ?mol-1,
反應熱是+659.88kJ?mol-,
故答案為:+659.8.
點評:本題考查了化學平衡的計算中平衡常數(shù)、轉(zhuǎn)化率、反應速率概念計算應用,電解原理分析,電極反應判斷,熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用,題目難度中等.
練習冊系列答案
相關(guān)習題

科目:高中化學 來源: 題型:

(2012?濟南二模)氫氣是一種清潔能源,又是合成氨工業(yè)的重要原料.
(1)已知:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206.2kJ/mol
CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)△H=+247.4kJ/mol
甲烷和H2O(g)反應生成H2和CO2的熱化學方程式為
CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)△H=+165.0kJ/mol
CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)△H=+165.0kJ/mol

(2)工業(yè)合成氨的原理為:N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-92.4kJ/mol.
某溫度下,把10mol N2與28mol H2置于容積為10L的密閉容器內(nèi),10min時反應達到平衡狀態(tài),測得氮氣的平衡轉(zhuǎn)化率為60%,則10min內(nèi)的平均反應速率v(H2)=
0.18
0.18
mol/(L?min),該溫度下該反應的平衡常數(shù)K=
3.6(mol/L) -2
3.6(mol/L) -2

欲增大氮氣的平衡轉(zhuǎn)化率,可采取的措施有
增加氫氣的濃度或分離出氨氣或降溫
增加氫氣的濃度或分離出氨氣或降溫
(寫一種措施即可).
(3)圖所示裝置工作時均與H2有關(guān).

①圖1所示裝置中陽極的電極反應式為
MnO42--e-=MnO4-
MnO42--e-=MnO4-

②圖2所示裝置中,通入H2的管口是
d
d
(選填字母代號).
③某同學按圖3所示裝置進行實驗,實驗結(jié)束后,將玻璃管內(nèi)固體物質(zhì)冷卻后,溶于稀硫酸,充分反應后,滴加KSCN溶液,溶液不變紅,再滴入新制氯水,溶液變?yōu)榧t色.該同學據(jù)此得出結(jié)論:鐵與水蒸氣反應生成FeO和H2.該結(jié)論
不嚴密
不嚴密
(填“嚴密”或“不嚴密”),你的理由是
2Fe3++Fe=3Fe2+
2Fe3++Fe=3Fe2+
(用離子方程式表示).

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源: 題型:

氫氣是一種清潔能源.用甲烷制取氫氣的兩步反應的能量變化如圖所示:
(1)甲烷和水蒸氣反應生成二氧化碳和氫氣的熱化學方程式是
CH4(g)+2H2O(g)=4H2(g)+CO2(g)△H=-136.5kJ/mol
CH4(g)+2H2O(g)=4H2(g)+CO2(g)△H=-136.5kJ/mol

(2)第II步為可逆反應.在800℃時,若CO的起始濃度為2.0mol/L,水蒸氣的起始濃度為3.0mol/L,達到化學平衡狀態(tài)后,測得CO2的濃度為1.2mol/L,則此反應的平衡常數(shù)為
,CO的平衡轉(zhuǎn)化率為
60%
60%

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源: 題型:

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)域的研究熱點.
已知:CH4(g)+H2O(g)═CO (g)+3H2(g)△H=+206.2kJ?mol-1
CH4(g)+CO2(g)═2CO (g)+2H2(g)△H=+247.4kJ?mol-1
(1)以甲烷為原料制取氫氣是工業(yè)上常用的制氫方法.CH4(g)與H2O(g)反應生成CO2(g)和H2(g)的熱化學方程式為
CH4(g)+2H2O(g)═CO2(g)+4H2(g)△H=+165.0kJ?mol-1
CH4(g)+2H2O(g)═CO2(g)+4H2(g)△H=+165.0kJ?mol-1

(2)電解尿素[CO(NH22]的堿性溶液制氫的裝置示意圖見圖(電解池中隔膜僅阻止氣體通過,陰、陽極均為惰性電極).電解時,陽極排出液中含有大量的碳酸鹽成份,則陽極的電極反應式為
CO(NH22+8OH--6e-═CO32-+N2↑+6H2O
CO(NH22+8OH--6e-═CO32-+N2↑+6H2O
,每消耗1mol尿素需要補充
2
2
mol氫氧化鉀.

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源: 題型:閱讀理解

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)域的研究熱點.
(1)直接熱分解法制氫.某溫度下,H2O(g)?H2(g)+
1
2
O2(g).該反應的平衡常數(shù)表達式為K=
c(H2)c
1
2
(O2)
c(H2O)
c(H2)c
1
2
(O2)
c(H2O)

(2)熱化學循環(huán)制氫.制備H2的反應步驟如下:
①Br2(g)+CaO(s)═CaBr2(s)+
1
2
O2(g)△H=-73kJ?mol-1
②3FeBr2(s)+4H2O(g)═Fe3O4(s)+6HBr(g)+H2(g)△H=+384kJ?mol-1
③CaBr2(s)+H2O (g)═CaO(s)+2HBr(g)△H=+212kJ?mol-1
④Fe3O4(s)+8HBr(g)═Br2(g)+3FeBr2(s)+4H2O(g)△H=-274kJ?mol-1
則 H2O(g)?H2(g)+
1
2
O2(g)△H=
+249
+249
kJ?mol-1
(3)光電化學分解制氫,其原理如圖.鈦酸鍶光電極的電極反應為4OH--4e-═O2+2H2O,則鉑電極的電極反應為
2H2O+2e-═H2↑+2OH-(或2H++2e-═H2↑)
2H2O+2e-═H2↑+2OH-(或2H++2e-═H2↑)

(4)水煤氣法制氫.
CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H<0,在850℃時,K=1.
①若升高溫度到950℃時,達到平衡時K
1(填“>”、“<”或“=”).
②850℃時,若向一容積可變的密閉容器中同時充入1.0mol CO、3.0mol H2O、1.0mol CO2 和x mol H2,若要使上述反應開始時向正反應方向進行,則x應滿足的條件是
x<3
x<3

(5)甲烷制氫.將1.0mol CH4和2.0mol H2O (g)通入容積為100L的反應室,在一定條件下發(fā)生反應:CH4(g)+H2O(g)═CO(g)+3H2(g).測得達到平衡所需的時間為5min,CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為50%,則用H2表示該反應的平均反應速率為
0.003 mol?L-1?min-1
0.003 mol?L-1?min-1

(6)LiBH4具有非常高的儲氫能力,分解時生成氫化鋰和兩種非金屬單質(zhì).該反應的化學方程式為
2LiBH4═2LiH+2B+3H2
2LiBH4═2LiH+2B+3H2

查看答案和解析>>

同步練習冊答案