Question

【題目】氫氣是重要的化工原料。

（1）利用H2S制備H2．已如：在較低溫度下發(fā)生下列反應：

①H2S(g)+H2SO4(aq)═S(s)+SO2(g)+2H2O(1) △H1=+61kJmol-1

②SO2(g)+I2(s)+2H2O(1)═2HI(aq)+H2SO4(aq) △H2=-151kJmol-1

③2HI(aq)H2(g)+I2(s) △H3=+110kJmol-1

④H2S(g) H2(g)+S(s) △H4=__kJmol-1。

（2）乙烯是合成食品外包裝材料一聚乙烯的單體。工業(yè)上利用H2和CO2可以制備乙烯，2CO2(g)+6H2(l)C2H4(g)+4H2O(g) △H

①在2L恒容密閉容器中投入4molCO2和amolH2，在某催化劑作用下發(fā)生上述反應，CO2的轉(zhuǎn)化率與溫度關系如圖1所示。

由圖1判斷，T2__T1（填“＞”、“＜”或“=”）；T2K下，0～10min內(nèi)H2的平均反應速率v(H2)=__molL-1min-1。

②測得單位時間內(nèi)C2H4產(chǎn)率與溫度、投料比關系如圖2所示。

若X為溫度，當溫度高于X0時，單位時間內(nèi)乙烯產(chǎn)率降低的原因可能是__。

若X為投料比，當大于X0時，乙烯產(chǎn)率降低的原因可能是__。

③在某溫度下達到平衡后，在t0時只改變一個外界條件，反應速率（v）與時間（t）的關系如圖3所示。改變的條件可能是___（填字母）。

A.增大反應物濃度

B.增大壓強

C.升高溫度

D.加入高效催化劑

（3）科學家已研究出生物酶，利用原電池原理在常溫和生物酶作用下N2和H2合成NH3，即H2在負極上發(fā)生氧化反應，H+通過質(zhì)子交換膜遷移到正極區(qū)，正極上合成NH3。正極的電極反應式為__。

Answer 1

【答案】+20 ＜ 0.48 B 催化劑活性降低 H2和C2H4發(fā)生加成反應 N2+6e-+6H+=2NH3

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律計算；

(2)①根據(jù)“先拐先平數(shù)值大”判斷，根據(jù)圖像知道T2下CO2的轉(zhuǎn)化率，利用二氧化碳和氫氣的計量數(shù)之比，計算出v(H2)=；

②若X代表溫度，考慮催化劑的活性，若X代表投料比，考慮氫氣與乙烯發(fā)生反應；

③圖像上可以得到正反應速率大于逆反應速率，是突然增大的因素，不是濃度的影響；

(3)H+向正極移動，正極上是氮氣得電子生成氨氣，寫出電極反應式；

(1)根據(jù)蓋斯定律，①+②+③=④，可得ΔH4=+20kJ/mol；

(2)由圖①可知，T1先達到平衡，說明溫度較高，即T1＞T2。由平衡轉(zhuǎn)化率可知，溫度越低，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率較高，說明正反應是放熱反應。根據(jù)氫氣的二氧化碳的計量數(shù)之比可知，氫氣的速率是二氧化碳速率的三倍，故v(H2)===0.48mol/L；

由圖②可知，高于X0時，產(chǎn)率降低，單位時間內(nèi)產(chǎn)率實際反映速率大小，若X代表溫度，可能是溫度過高，催化劑失去活性；若X代表投料比，投料比高于X0，可能是H2和乙烯發(fā)生加成反應。

③改變條件，正逆反應速率都增大，（速率離開原平衡），平衡向正反應速率移動。

A．增大反應物濃度，正反應速率增大，逆反應速率不變，隨后逆反應速率增大，正反應速率減小，改變條件瞬時，逆反應速率與原平衡點連接（不離開原平衡），與圖像不符，故A錯誤；

B．增大壓強，正逆反應速率都增大，正反應的計量數(shù)大于逆反應，平衡向正方向移動；

C．該可逆反應的正反應是放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，即升高溫度，正逆反應速率都增大，逆反應方向速率增大程度大于正反應，與圖像不符；

D．加入高效催化劑，只能縮短達到平衡的時間，平衡不移動，與圖像不符；

答案選B。

(3)依題意，負極區(qū)H+向正極區(qū)遷移，正極反應式為N2+6e-+6H+=2NH3。