Question

16．氫氣是一種清潔能源，氫氣的制取與儲存是氫能源利用領域的研究熱點．
（1）化合物 LiNH₂是一種儲氫容量高、安全性好的固體儲氫材料，其儲氫原理表示為：
Li₂NH （s）+H₂（g）=LiNH₂ （s）+LiH（s）△H=-44.5kJ•mol^-1
Li₃N （s）+H₂（g）=Li₂NH （s）+LiH（s）△H=-165kJ•mol^-1
①LiNH₂的電子式．
②寫出Li₃N固體與氫氣反應轉化為LiNH₂的熱化學方程式Li₃N （s）+2H₂（g）=LiNH₂ （s）+2LiH（s）△H=-209.5kJ•mol^-1．
（2）乙苯催化生產(chǎn)苯乙烯可得到H₂副產(chǎn)物，反應如下：
CH₂CH₃（g）?催化劑CH=CH₂（g）+H₂（g）
在實際生產(chǎn)時，反應在常壓（101KPa）下進行，且向乙苯蒸氣中摻入水蒸氣．圖1是不同溫度和不同投料比[M=n（H2O）n（乙苯）]情況下，乙苯平衡轉化率的變化曲線．

①用平衡分壓代替平衡濃度，列出540℃下該反應的平衡常數(shù)計算式K=$\frac{（\frac{0.7}{1.7}×101）^{2}}{\frac{0.3}{1.7}×101}$．（分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù)）
②圖中A、B兩點對應的平衡常數(shù)大小：K_A＜K_B．（填“＞”、“＜”或“=”）
③投料比（M₁、M₂、M₃）的大小順序為M₁＞M₂＞M₃．判斷理由為恒壓條件下，水蒸氣含量越高，分壓越小，平衡朝體積增大方向移動．
④隨著反應的進行，催化劑上出現(xiàn)少量積炭使其活性減弱，水蒸氣有助于恢復催化劑的活性，原因是C+H₂O 高溫?CO+H₂（用化學方程式表示）．
（3）電解堿性尿素[CO（NH₂）₂]溶液可以制得氫氣，裝置如圖2（電解池中隔膜僅阻止氣體通過，陰、陽極均為惰性電極）．電解時，陽極的電極反應式為CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）①LiNH₂為離子化合物，是鋰離子Li⁺和NH^2-離子構成；
②Li₂NH （s）+H₂（g）=LiNH₂ （s）+LiH（s）△H=-44.5kJ•mol^-1
Li₃N （s）+H₂（g）=Li₂NH （s）+LiH（s）△H=-165kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計算得到Li₃N固體與氫氣反轉化為LiNH₂的熱化學方程式；
（2）①用平衡分壓代替平衡濃度，540℃下乙苯轉化率為70%，該反應的平衡常數(shù)計算式等于生成物平衡分壓冪次方乘積除以反應物平衡分壓冪次方乘積，分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù)；
②隨溫度升高，乙苯轉化率增大，說明升溫平衡正向進行，正反應為吸熱反應，AB兩點B點溫度高；
③乙苯量越多，投料比越小，乙苯轉化率越小，據(jù)此分析判斷M的值；
④催化劑上的少量積炭使其活性減弱，水蒸氣有助于恢復催化劑的活性是因為碳和水蒸氣在高溫下反應生成一氧化碳氣體和氫氣，除去表面的積碳；
（3）根據(jù)圖2可知：該電池反應時中，氮元素化合價由-3價變?yōu)?價，H元素化合價由+1價變?yōu)?價，所以生成氮氣的電極是陽極，陽極上尿素失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子、氮氣和水；生成氫氣的電極是陰極．

解答 解：（1）①LiNH₂為離子化合物，是鋰離子Li⁺和NH^2-離子構成，電子式為：，
故答案為：；
②Ⅰ．Li₂NH （s）+H₂（g）=LiNH₂ （s）+LiH（s）△H=-44.5kJ•mol^-1
Ⅱ．Li₃N （s）+H₂（g）=Li₂NH （s）+LiH（s）△H=-165kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計算Ⅰ+Ⅱ得到Li₃N固體與氫氣反應轉化為LiNH₂的熱化學方程式：Li₃N （s）+2H₂（g）=LiNH₂ （s）+2LiH（s）△H=-209.5kJ•mol^-1 ，
故答案為：Li₃N （s）+2H₂（g）=LiNH₂ （s）+2LiH（s）△H=-209.5kJ•mol^-1；
（2）①CH₂CH₃（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CH=CH₂（g）+H₂（g），
用平衡分壓代替平衡濃度，540℃下乙苯轉化率為70%，設起始乙苯物質(zhì)的量為1mol，
          CH₂CH₃（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CH=CH₂（g）+H₂（g），
 起始量（mol）      1mol                          0               0
 變化量（mol）  1mol×70%=0.7mol                0.7mol          0.7mol
平衡量（mol）      0.3mol                       0.7mol           0.7mol      
540℃下該反應的平衡常數(shù)計算式K=$\frac{\frac{0.7mol}{1.7mol}×101pa×\frac{0.7mol}{1.7mol}×101pa}{\frac{0.3mol}{1.7mol}×101pa}$=$\frac{（\frac{0.7}{1.7}×101）^{2}}{\frac{0.3}{1.7}×101}$，
故答案為：$\frac{（\frac{0.7}{1.7}×101）^{2}}{\frac{0.3}{1.7}×101}$；
②圖象分析可知，隨溫度升高，乙苯轉化率增大，說明升溫平衡正向進行，正反應為吸熱反應，AB兩點B點溫度高，平衡正向進行程度大，平衡常數(shù)B點大，K_A＜K_B，
故答案為：＜；
③乙苯量越多，投料比越小，乙苯轉化率越小，恒壓條件下，水蒸氣含量越高，分壓越小，平衡朝體積增大方向移動，據(jù)此分析判斷M的值，M₁＞M₂＞M₃，
故答案為：M₁＞M₂＞M₃；恒壓條件下，水蒸氣含量越高，分壓越小，平衡朝體積增大方向移動；
④催化劑上的少量積炭使其活性減弱，水蒸氣有助于恢復催化劑的活性是因為碳和水蒸氣在高溫下反應生成一氧化碳氣體和氫氣，除去表面的積碳，反應的化學方程式為：C+H₂O $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂，
故答案為：C+H₂O $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂．
（3）由圖可知，CO（NH₂）₂在陽極放電生成N₂，C元素價態(tài)未變化，故還有碳酸鉀生成與水生成；陽極上尿素失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子、氮氣和水，電極反應式為CO（NH₂）₂+8OH^--6e-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O，陰極上水得電子生成氫氣和氫氧根離子，電極反應式為2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-，
故答案為：CO（NH₂）₂+8OH^--6e-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O．

點評 本題考查了化學平衡的計算、電解池原理、平衡常數(shù)計算、圖象分析應用，題目難度中等，明確化學平衡及其影響為解答關鍵，注意掌握三段式在化學平衡的計算中的應用方法，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學計算能力．