Question

（Ⅰ）某化學(xué)家根據(jù)“原子經(jīng)濟(jì)”的思想，設(shè)計了如下制備H₂的反應(yīng)步驟：
①CaBr₂+H₂O

750℃  .

CaO+2HBr     
②2HBr+Hg

100℃  .

HgBr₂+H₂
③HgBr₂+

 

250℃  .

 

+

 

    
④2HgO

500℃  .

2Hg+O₂↑
請你根據(jù)“原子經(jīng)濟(jì)”的思想完成上述步驟③的化學(xué)方程式：

 

．
根據(jù)“綠色化學(xué)”的思想評估該方法制H₂的主要缺點：

 

．
（Ⅱ）氫氣常用生產(chǎn)水煤氣的方法制得．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(dá)到平衡時K

 

1（填“大于”、“小于”或“等于”）
（2）850℃時，若向一容積可變的密閉容器中同時充入1.0molCO、3.0molH₂O、1.0molCO₂和x mol H₂，則：
①當(dāng)x=5.0時，上述平衡向

 

（填正反應(yīng)或逆反應(yīng)）方向進(jìn)行．
②若要使上述反應(yīng)開始時向正反應(yīng)方向進(jìn)行，則x應(yīng)滿足的條件是

 

．
（3）在850℃時，若x=5.0mol，其它物質(zhì)的投料不變，當(dāng)上述反應(yīng)達(dá)到平衡后，求H₂的體積分?jǐn)?shù)（計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．

 

．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的計算,綠色化學(xué),化學(xué)平衡常數(shù)的含義

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（Ⅰ）、根據(jù)原子經(jīng)濟(jì)分析，反應(yīng)是原材料分子中的原子全部轉(zhuǎn)變成所需產(chǎn)物，不產(chǎn)生副產(chǎn)物，實現(xiàn)零排放；
（Ⅱ）（1）反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行；
（2）①計算濃度商和平衡常數(shù)比較分析判斷平衡移動方向；
②根據(jù)等效平衡及其移動分析；
（3）在850℃時，若x=5.0mol，平衡逆向進(jìn)行，K=1，依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計算；

解答： 解：（Ⅰ）理想的原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)是原材料分子中的原子全部轉(zhuǎn)變成所需產(chǎn)物，不產(chǎn)生副產(chǎn)物，實現(xiàn)零排放．原子利用率是指反應(yīng)物中的所有原子進(jìn)入期望產(chǎn)物中的百分比，綠色化學(xué)的特征之一是提高原子用率，盡量達(dá)到100%，根據(jù)原子經(jīng)濟(jì)，可知最終反應(yīng)為：2H₂O═2H₂↑+O₂↑，根據(jù)蓋斯定律將（①+②+③）×2+④，可知反應(yīng)③為HgBr₂+CaO

250℃  .

HgO+CaBr₂；該方法中需要750℃，消耗能量高，且有重金屬污染，
故答案為：HgBr₂+CaO

250℃  .

HgO+CaBr₂；循環(huán)過程需要很高的能量，且使用重金屬汞，產(chǎn)生污染；
（Ⅱ）（1）升高溫度，平衡向吸熱即逆反應(yīng)方向移動，此時平衡常數(shù)K小于1；
故答案為：小于；
（2）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0，
①850℃時，若向一容積可變的密閉容器中同時充入1.0molCO、3.0molH₂O、1.0molCO₂和x mol H₂，當(dāng)x=5.0時，Qc=

5×1

3×1

=1.67＞K=1，說明費用逆向進(jìn)行；
故答案為：逆反應(yīng)；
②根據(jù)等效平衡，x=3時，平衡不移動，x＜3時，平衡向正反應(yīng)方向移動，0≤x＜3；
故答案為：0≤x＜3；
（3）設(shè)達(dá)到平衡狀態(tài)氫氣減少物質(zhì)的量為amol，依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計算
            CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol） 1.0    3.0      1.0      5.0
變化量（mol） a       a         a       a
平衡量（mol）1.0+a   3.0+a   1.0-a     5.0-a
反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量相同，利用氣體物質(zhì)的量代替平衡濃度計算平衡常數(shù)，K=

(1.0-a)(5.0-a)

(1.0+a)(3.0+a)

=1
計算得到a=0.20
平衡時氫氣的體積分?jǐn)?shù)=

(5.0-0.20)mol

(1.0+3.0+1.0+5.0)mol

×100%=48%；
故答案為：48%；

點評：本題考查熱化學(xué)方程式的書寫，蓋斯定律的應(yīng)用，電極反應(yīng)的書寫，等效平衡，化學(xué)平衡計算方法等知識，綜合性強(qiáng)，難度中等．