Question

【題目】綜合題：

氫氣是清潔的能源，也是重要的化工原料，根據(jù)以下三種制氫方法。完成下列問題：

（1）方法一：H2S熱分解法，反應(yīng)式為：2H2S（g）2H2（g）+S2（g）△H

在恒容密閉容器中，測(cè)定H2S分解的轉(zhuǎn)化率（H2S的起始濃度均為cmol/L），測(cè)定結(jié)果見下圖，圖中曲線a表示H2S的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度關(guān)系，曲線b表示不同溫度下反應(yīng)經(jīng)過相同時(shí)間未達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)H2S的轉(zhuǎn)化率。

①△H0，（“＞”、“＜”或“=”）。

②若985℃時(shí)，反應(yīng)經(jīng)tmin達(dá)到平衡，此時(shí)H2S的轉(zhuǎn)化率為40%，則tmin內(nèi)反應(yīng)速率v（H2）=

（用含c、t的代數(shù)式表示）。

③請(qǐng)說明隨溫度的升高，曲線b向曲線a接近的原因：。

（2）方法二：以CaO為吸收體，將生物材質(zhì)（以C計(jì)）與水蒸氣反應(yīng)制取H2。相關(guān)主要反應(yīng)如下：

I：C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g）△H=+131.0kJ/mol

Ⅱ：CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2（g）△H=-43kJ/mol

Ⅲ：CaO（s）+CO2（g）═CaCO3（s）△H=-178.3kJ/mol

①計(jì)算反應(yīng)C（s）+2H2O（g）+CaO（s）CaCO3（s）+2H2（g）的△H=kJ/mol；

若K1、K2、K3分別為反應(yīng)I、Ⅱ、Ⅲ的平衡常數(shù)，該平衡常數(shù)K=（用K1、K2、K3表示）。

②對(duì)于可逆反應(yīng)C（s）+2H2O（g）+CaO（s）CaCO3（s）+2H2（g），采取以下措施可以提高H2產(chǎn)率的是。（填字母）

A．降低體系的溫度

B．壓縮容器的體積

C．增加CaO的量

D．選用適當(dāng)?shù)拇呋瘎?/span>

（3）方法三：利用甲醇可以與水蒸氣反應(yīng)制取H2，反應(yīng)方程式如下：

CH3OH（g）+H2O（g）CO2（g）+3H2（g）△H＝+49.4kJ/mol

一定溫度下，向容積為2L的密閉恒容容器中充入1molCH3OH（g）和3molH2O（g），達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，吸收熱量19.76kJ。則

①達(dá)平衡時(shí)混合氣體的壓強(qiáng)是反應(yīng)前的倍。

②此溫度下的該反應(yīng)的平衡常數(shù)是（保留兩位有效數(shù)字）。

Answer 1

【答案】（1）＞；②mol/（L·min）；③溫度升高，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡所需時(shí)間縮短；（2）-90.3；K1·K2·K3；②A；

（3）①1.2②0.11mol2/L2

【解析】

試題分析：（1）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；

②H2S的起始濃度均為cmolL-1，若985℃時(shí)，反應(yīng)經(jīng)tmin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cmolL-1×40%＝0.4cmolL-1，v＝△c÷△t＝0.4c/tmol·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；

（2）①已知：

I：C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g）△H=+131.0kJ/mol

Ⅱ：CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2（g）△H=-43kJ/mol

Ⅲ：CaO（s）+CO2（g）═CaCO3（s）△H=-178.3kJ/mol

則根據(jù)蓋斯定律可知I+Ⅱ+Ⅲ即得到反應(yīng)C（s）+2H2O（g）+CaO（s）CaCO3（s）+2H2（g）△H＝-90.3kJ/mol，平衡常數(shù)K＝K1K2K3；

②提高H2產(chǎn)量，則需使平衡正向移動(dòng)，已知C（s）+2H2O（g）+CaO（s）CaCO3（s）+2H2（g）的△H＝-87.9kJmol-1；A．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低體系的溫度，平衡正移，則能提高H2產(chǎn)量，A正確；B．該反應(yīng)前后氣體體積不變，使各氣體組分濃度均加倍，則壓強(qiáng)增大，平衡不移動(dòng)，所以H2產(chǎn)量不變，B錯(cuò)誤；C．增加CaO的量，對(duì)平衡無影響，所以H2產(chǎn)量不變，C錯(cuò)誤；D．催化劑不能改變平衡狀態(tài)，D錯(cuò)誤；答案選A；

（3）達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，吸收熱量19.76kJ，則根據(jù)熱化學(xué)方程式可知消耗甲醇的物質(zhì)的量是19.76kJ÷49.4kJ/mol＝0.4mol，則

CH3OH（g）+H2O（g）CO2（g）+3H2（g）

起始量（mol）1300

轉(zhuǎn)化量（mol）0.40.40.41.2

平衡量（mol）0.62.60.41.2

平衡濃度（mol/L）0.31.30.20.6

①達(dá)平衡時(shí)混合氣體的壓強(qiáng)是反應(yīng)前的倍。

②此溫度下的該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝＝0.11mol2/L2。