Question

4．氫氣是一種理想的“綠色能源”，對廢氣進(jìn)行脫碳處理可實現(xiàn)綠色環(huán)保、廢物利用；利用氫能需要選擇合適的儲氫材料．目前正在研究和使用的儲氫材料有鎂系合金、稀土系合金等．
Ⅰ．脫碳：向2L密閉容器中加入2mol CO₂、6mol H₂，在適當(dāng)?shù)拇呋瘎┳饔孟�，發(fā)生反應(yīng)：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）
①該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件是低溫（填“低溫”、“高溫”或“任意溫度”）
②下列敘述不能說明此反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是abc．
a、混合氣體的平均式量保持不變
b、CO₂和H₂的體積分?jǐn)?shù)保持不變
c、CO₂和H₂的轉(zhuǎn)化率相等
d、混合氣體的密度保持不變
e、1mol CO₂參加反應(yīng)的同時有3mol H-H鍵生成
③CO₂的濃度隨時間（0～t₂）變化如下圖所示，在t₂時將容器容積縮小一倍，t₃時達(dá)到平衡，t₄時降低溫度，t₅時達(dá)到平衡，請畫出t₂～t₆CO₂的濃度隨時間的變化．

Ⅱ．（1）已知：
Mg（s）+H₂（g）═MgH₂（s）△H═-74.5kJ•mol^-1
Mg₂Ni（s）+2H₂（g）═Mg₂NiH₄（s）△H═-64.4kJ•mol^-1
Mg₂Ni（s）+2MgH₂（s）═2Mg（s）+Mg₂NiH₄（s）△H═+84.6　kJ•mol^-1
（2）儲氫材料Mg（AlH₄）₂在110～200℃的反應(yīng)為：Mg（AlH₄）₂═MgH₂+2Al+3H₂↑．
反應(yīng)中每轉(zhuǎn)移3mol電子時，產(chǎn)生的H₂在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為33.6L．
（3）鑭鎳合金在一定條件下可吸收氫氣形成氫化物：LaNi₅（s）+3H₂（g）?LaNi₅H₆（s）△H＜0，欲使LaNi₅H₆（s）釋放出氣態(tài)氫，根據(jù)平衡移動原理，可改變的條件是bc（填字母編號）．
a．增加LaNi₅H₆（s）的量
b．升高溫度
c．減小壓強
d．使用催化劑
（4）儲氫還可借助有機物，如利用環(huán)己烷和苯之間的可逆反應(yīng)來實現(xiàn)脫氫和加氫：

①某溫度下，向恒容密閉容器中加入環(huán)己烷，起始濃度為amol•L^-1，平衡時苯的濃度為b mol•L^-1，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{27^{4}}{a-b}$mol³•L^-3（用含a、b的代數(shù)式表示）．
②一定條件下，如圖裝置可實現(xiàn)有機物的電化學(xué)儲氫（忽略其它有機物）．

A是電源的負(fù)極（填“正”或“負(fù)”）；電解過程中產(chǎn)生的氣體F為O₂（填化學(xué)式）：電極D上發(fā)生的電極反應(yīng)為C₆H₆+6H⁺+6e^-═C₆H₁₂．

Answer 1

分析 Ⅰ①自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)是△H-T△S＜0，結(jié)合反應(yīng)特征分析判斷需要的條件；
②平衡時是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變，原則是變量不變分析選項；
③圖象t₂起點，t₃ 到t₄終點，t₄以后符合變化趨勢即可，在t₂時將容器容積縮小一倍，壓強增大，二氧化碳濃度增大，平衡正向進(jìn)行，隨后減小，t₃時達(dá)到平衡，t₄時降低溫度，平衡正向進(jìn)行，二氧化碳減小，反應(yīng)速率減小，t₅時達(dá)到平衡；
Ⅱ（1）已知：①Mg（s）+H₂（g）═MgH₂（s）△H₁=-74.5kJ•mol^-1
②Mg₂Ni（s）+2H₂（g）═Mg₂NiH₄（s）△H₂=-64.4kJ•mol^-1
由蓋斯定律②-2×①得到Mg₂Ni（s）+2MgH₂（s）═2Mg（s）+Mg₂NiH₄（s），據(jù)此計算；
（2）根據(jù)化學(xué)方程式Mg（AlH₄）₂═MgH₂+2Al+3H₂↑計算；
（3）根據(jù)LaNi₅（s）+3H₂（g）?LaNi₅H₆（s）△H＜0，欲使LaNi₅H₆ （s）釋放出氣態(tài)氫，則平衡向逆向移動，據(jù)此分析；
（4）①依據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式解答；
②該實驗的目的是儲氫，所以陰極上發(fā)生的反應(yīng)為生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物，陰極上苯得電子和氫離子生成環(huán)己烷；

解答 解：Ⅰ．①）①CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l），熵變△S＜0，則反應(yīng)焓變△H＜0，低溫下滿足△H-T△S＜0；
故答案為：低溫；
②CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l），
a、混合氣體的平均式量始終保持不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a錯誤；   
b、向2L密閉容器中加入2mol CO₂、6mol H₂，按照1：3反應(yīng)，所以過程中CO₂和H₂的體積分?jǐn)?shù)始終保持不變，故b錯誤；
c、向2L密閉容器中加入2mol CO₂、6mol H₂，按照1：3反應(yīng)，CO₂和H₂的轉(zhuǎn)化率始終相等，不能確定反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故c錯誤；          
d、反應(yīng)物是氣體，生成物是液體，混合氣體的密度保持不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d正確；
e、1mol CO₂生成的同時有3mol H-H鍵斷裂，說明正逆反應(yīng)速率相同，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故e正確；
故答案為：abc；
③在t₂時將容器容積縮小一倍，壓強增大，二氧化碳濃度增大，平衡正向進(jìn)行，隨后減小，t₃時達(dá)到平衡，t₄時降低溫度，平衡正向進(jìn)行，二氧化碳減小，反應(yīng)速率減小，t₅時達(dá)到平衡；
圖象t₂起點二氧化碳濃度突然增大為1mol/L，隨反應(yīng)進(jìn)行減小，圖中t₃ 到t₄終點平衡線在0.5的線上，t₄t₄以后在0.5線以下，但不能到橫坐標(biāo)線上且有平衡線段，圖象為：
；
故答案為：；
Ⅱ．（1）已知：①Mg（s）+H₂（g）═MgH₂（s）△H₁=-74.5kJ•mol^-1
②Mg₂Ni（s）+2H₂（g）═Mg₂NiH₄（s）△H₂=-64.4kJ•mol^-1
由蓋斯定律②-2×①得到Mg₂Ni（s）+2MgH₂（s）═2Mg（s）+Mg₂NiH₄（s）△H₃=+84.6KJ/mol；
故答案為：+84.6；    
（2）儲氫材料Mg（AlH₄）₂在110℃-200℃的反應(yīng)為：Mg（AlH₄）₂=MgH₂+2Al+3H₂↑，從方程式可知反應(yīng)中每轉(zhuǎn)移6mol電子時生成3mol，所以反應(yīng)中每轉(zhuǎn)移3mol電子時產(chǎn)生的H₂的物質(zhì)的量為1.5，生成氫氣33.6L；
故答案為：33.6；
（3）欲使LaNi₅H₆ （s）釋放出氣態(tài)氫，則平衡向逆向移動，由LaNi₅（s）+3H₂（g）?LaNi₅H₆（s）△H＜0為氣體減小的放熱反應(yīng)，所以可以升高溫度或降低壓強，平衡向逆向移動；
故答案為：bc；
（4）①環(huán)己烷的起始濃度為amol•L^-1，平衡時苯的濃度為bmol•L^-1，同一容器中各物質(zhì)反應(yīng)的物質(zhì)的量濃度之比等于其計量數(shù)之比，所以根據(jù)方程式知，環(huán)己烷的平衡濃度為（a-b）mol/L，氫氣的濃度為3bmol/L，則平衡常數(shù)K=$\frac{c（苯）•{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（環(huán)己烷）}$=$\frac{27^{4}}{a-b}$mol³•L^-3；
故答案為：$\frac{27^{4}}{a-b}$mol³•L^-3；
②該實驗的目的是儲氫，所以陰極上發(fā)生的反應(yīng)為生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物，電解池陰極與電源負(fù)極相連，得出電解過程中產(chǎn)生的氣體F為O₂，陰極上苯得電子和氫離子生成環(huán)己烷，電極反應(yīng)式為C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂；
故答案為：負(fù)；O₂；C₆H₆+6H⁺+6e^-═C₆H₁₂．

點評 本題考查了反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷、蓋斯定律的應(yīng)用、平衡影響因素分析判斷，平衡計算的分析應(yīng)用及電解池原理等知識點，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，綜合性較強，題目難度較大，注意對相關(guān)知識的理解．