Question

16．氫氣是一種清潔能源，氫氣的制取與儲(chǔ)存是氫能源利用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)．
（1）化合物 LiNH₂是一種儲(chǔ)氫容量高、安全性好的固體儲(chǔ)氫材料，其儲(chǔ)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(yīng)轉(zhuǎn)化為LiNH₂的熱化學(xué)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(yīng)如下：
CH₂CH₃（g）?催化劑CH=CH₂（g）+H₂（g）
在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，反應(yīng)在常壓（101KPa）下進(jìn)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(zhuǎn)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(yīng)的平衡常數(shù)計(jì)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?jǐn)?shù)）
②圖中A、B兩點(diǎn)對應(yīng)的平衡常數(shù)大�。篕_A＜K_B．（填“＞”、“＜”或“=”）
③投料比（M₁、M₂、M₃）的大小順序?yàn)镸₁＞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(dòng)．
④隨著反應(yīng)的進(jìn)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(fù)催化劑的活性，原因是C+H₂O 高溫?CO+H₂（用化學(xué)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(shí)，陽極的電極反應(yīng)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(gòu)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(jì)算得到Li₃N固體與氫氣反轉(zhuǎn)化為LiNH₂的熱化學(xué)方程式；
（2）①用平衡分壓代替平衡濃度，540℃下乙苯轉(zhuǎn)化率為70%，該反應(yīng)的平衡常數(shù)計(jì)算式等于生成物平衡分壓冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡分壓冪次方乘積，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)；
②隨溫度升高，乙苯轉(zhuǎn)化率增大，說明升溫平衡正向進(jìn)行，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，AB兩點(diǎn)B點(diǎn)溫度高；
③乙苯量越多，投料比越小，乙苯轉(zhuǎn)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(fù)催化劑的活性是因?yàn)樘己退�蒸氣在高溫下反�?yīng)生成一氧化碳?xì)怏w和氫氣，除去表面的積碳；
（3）根據(jù)圖2可知：該電池反應(yīng)時(shí)中，氮元素化合價(jià)由-3價(jià)變?yōu)?價(jià)，H元素化合價(jià)由+1價(jià)變?yōu)?價(jià)，所以生成氮?dú)獾碾姌O是陽極，陽極上尿素失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子、氮?dú)夂退�；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(gòu)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(jì)算Ⅰ+Ⅱ得到Li₃N固體與氫氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化為LiNH₂的熱化學(xué)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(zhuǎn)化率為70%，設(shè)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(yīng)的平衡常數(shù)計(jì)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(zhuǎn)化率增大，說明升溫平衡正向進(jìn)行，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，AB兩點(diǎn)B點(diǎn)溫度高，平衡正向進(jìn)行程度大，平衡常數(shù)B點(diǎn)大，K_A＜K_B，
故答案為：＜；
③乙苯量越多，投料比越小，乙苯轉(zhuǎn)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(dòng)，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(dòng)；
④催化劑上的少量積炭使其活性減弱，水蒸氣有助于恢復(fù)催化劑的活性是因?yàn)樘己退�蒸氣在高溫下反�?yīng)生成一氧化碳?xì)怏w和氫氣，除去表面的積碳，反應(yīng)的化學(xué)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(jià)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(yīng)生成碳酸根離子、氮?dú)夂退�，電極反應(yīng)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(yīng)式為2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-，
故答案為：CO（NH₂）₂+8OH^--6e-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O．

點(diǎn)評 本題考查了化學(xué)平衡的計(jì)算、電解池原理、平衡常數(shù)計(jì)算、圖象分析應(yīng)用，題目難度中等，明確化學(xué)平衡及其影響為解答關(guān)鍵，注意掌握三段式在化學(xué)平衡的計(jì)算中的應(yīng)用方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)計(jì)算能力．