Question

【題目】Ⅰ．十氫萘是具有高儲氫密度的氫能載體，經(jīng)歷“十氫萘（C10H18）→四氫萘（C10H12）→萘（C10H8）”的脫氫過程釋放氫氣。已知：

C10H18(l)C10H12(l)＋3H2(g) △H1

C10H12(l)C10H8(l)＋2H2(g) △H2

△H1＞△H2＞0；C10H18→C10H12的活化能為Ea1，C10H12→C10H8的活化能為Ea2，十氫萘的常壓沸點為192℃；在192℃，液態(tài)十氫萘的脫氫反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率約為9％。請回答：

（1）有利于提高上述反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率的條件是_________。

A．高溫高壓 B．低溫低壓 C．高溫低壓 D．低溫高壓

（2）研究表明，將適量的十萘奈置于恒容密閉反應(yīng)器中，升高溫度帶來高壓，該條件下也可顯著釋氫，理由是______________________________________________________。

（3）溫度335℃，在恒容密閉反應(yīng)器中進行高壓液態(tài)十氫萘（1.00 mol）催化脫氫實驗，測得C10H12和C10H8的產(chǎn)率x1和x2（以物質(zhì)的量分數(shù)計）隨時間變化關(guān)系，如圖1所示。

①在8 h時，反應(yīng)體系內(nèi)氫氣的量為__________mol（忽略其他副反應(yīng)）。

②x1顯著低于x2的原因是________________________________________。

③在圖2中繪制“C10H18→C10H12→C10H8”的“能量～反應(yīng)過程”示意圖。

Ⅱ．科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，以H2O和N2為原料，熔融NaOH－KOH為電解質(zhì)，納米Fe2O3作催化劑，在250℃和常壓下可實現(xiàn)電化學(xué)合成氨。陰極區(qū)發(fā)生的變化可視為按兩步進行，請補充完整。

（4）電極反應(yīng)式：________________________________和2Fe＋3H2O＋N2＝Fe2O3＋2NH3。

Answer 1

【答案】 C 反應(yīng)吸熱，溫度升高，平衡正向移動。與此同時，溫度升高導(dǎo)致十氫萘氣化，濃度增大，平衡正向移動，生成氫氣量顯著增加 ①1.951；②反應(yīng)2的活化能比反應(yīng)1小，相同溫度下反應(yīng)2更快，所以相同時間內(nèi)，生成的四氫萘大部分都轉(zhuǎn)化為萘，故x1顯著低于x2. Fe2O3+6e-+3H2O=2Fe+6OH

【解析】Ⅰ．(1)C10H18(l)C10H12(l)＋3H2(g) △H1，C10H12(l)C10H8(l)＋2H2(g) △H2，△H1＞△H2＞0；均為吸熱反應(yīng)，且都屬于氣體的物質(zhì)的量增大的反應(yīng)。

A．升高溫度，平衡正向移動，平衡轉(zhuǎn)化率增大，但增大壓強，平衡逆向移動，平衡轉(zhuǎn)化率減小，故A錯誤；B．降低溫度，平衡逆向移動，平衡轉(zhuǎn)化率減小，故B錯誤；C．升高溫度，平衡正向移動，平衡轉(zhuǎn)化率增大，減小壓強，平衡正向移動，平衡轉(zhuǎn)化率增大，故C正確；D．降低溫度，平衡逆向移動，平衡轉(zhuǎn)化率減小，故D錯誤；故選C；

(2)總反應(yīng)為該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡正向移動，平衡轉(zhuǎn)化率增大，平衡常數(shù)增大，當溫度達到192℃時，十氫萘氣化，濃度增大，平衡正向移動，生成氫氣量顯著增加，故答案為：反應(yīng)吸熱，溫度升高，平衡正向移動。與此同時，溫度升高導(dǎo)致十氫萘氣化，濃度增大，平衡正向移動，生成氫氣量顯著增加；

(3)①溫度335℃，在8 h時，十氫萘為1.00 mol，測得C10H12和C10H8的產(chǎn)率x1=0.027，x2=0.374，即生成C10H12和C10H8的物質(zhì)的量分別為0.027mol，0.374mol，設(shè)反應(yīng)的C10H18的物質(zhì)的量為a，反應(yīng)C10H12的物質(zhì)的量為b，根據(jù)反應(yīng)

C10H18(l)C10H12(l)＋3H2(g)

1 1 3

a a 3a

C10H12(l)C10H8(l)＋2H2(g)，

1 1 2

b b 2b

則a-b=0.027，b=0.374，則a=0.401，因此生成的氫氣的物質(zhì)的量分數(shù)為3a+2b=3×0.401+2×0.374=1.951，則氫氣的量為1.951mol，故答案為：1.951；

②反應(yīng)2的活化能比反應(yīng)1小，相同溫度下反應(yīng)2更快，所以相同時間內(nèi)，生成的四氫萘大部分都轉(zhuǎn)化為萘，故x1顯著低于x2，故答案為：反應(yīng)2的活化能比反應(yīng)1小，相同溫度下反應(yīng)2更快，所以相同時間內(nèi)，生成的四氫萘大部分都轉(zhuǎn)化為萘，故x1顯著低于x2；

③C10H18(l)C10H12(l)＋3H2(g) △H1，C10H12(l)C10H8(l)＋2H2(g) △H2，△H1＞△H2＞0；上述反應(yīng)均為吸熱反應(yīng)，生成物的總能量大于反應(yīng)物，“C10H18→C10H12→C10H8”的“能量～反應(yīng)過程” 示意圖為，故答案為：；

Ⅱ．(4)以H2O和N2為原料，熔融NaOH－KOH為電解質(zhì)，納米Fe2O3作催化劑，在250℃和常壓下可實現(xiàn)電化學(xué)合成氨。陰極區(qū)發(fā)生還原反應(yīng)，據(jù)其中一個反應(yīng)2Fe＋3H2O＋N2＝Fe2O3＋2NH3，可知，Fe2O3作催化劑，首先轉(zhuǎn)化為鐵，因此電極反應(yīng)式為Fe2O3+6e-+3H2O=2Fe+6OH-，故答案為：Fe2O3+6e-+3H2O=2Fe+6OH-。