Question

【题目】氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。回答下列问题:

(1)直接热分解法制氢

某温度下2H2O(g) 2H2(g) +O2(g)，该反应的平衡常数表达式为 K= ________。

(2)乙醇水蒸气重整制氢

反应过程和反应的平衡常数(K)随温度(T)的变化曲线如图 1 所示。某温度下，图 1 所示反应每生成1mol H2(g)，热量变化是 62 kJ，则该反应的热化学方程式为________________

(3)水煤气法制氢

CO(g)+ H2O(g) CO2(g) +H2(g) △H<0，在进气比[n(CO):n(H2O)]不同时，测得相应的 CO 的平衡转化率见图 2(图中各点对应的反应温度可能相同，也可能不同)。

①向 2 L 恒温恒容密闭容器中加入一定量的 CO 和 0.1mol H2O(g)，在图中 G 点对应温度下，反应经5 min 达到平衡，则平均反应速率 v(CO)=___________。

②图中 B、E 两点对应的反应温度分别为 TB 和 TE，则 TB ___________TE (填“>”“ <”或“=”)。

③经分析，A、E、G 三点对应的反应温度都相同(均为 T℃)，其原因是 A、E、G 三点对应的 _______相同。

④当 T℃时，若向一容积可变的密闭容器中同时充入 3.0 mol CO、1.0 mol H2O(g)、1.0 molCO2 和xmol H2，使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足的条件是_________。

(4)光电化学分解制氢

反应原理如图3，钛酸锶光电极的电极反应式为 4OH--4e-=O2↑+2H2O，则铂电极的电极反应式为 ________。

(5)Mg，Cu 是一种储氢合金

350℃时，Mg、Cu 与 H2 反应，生成 MgCu2 和仅含一种金属元素的氢化物(其中氢的质量分数约为 7.7%)。该反应的化学方程式为_______________。

Answer 1

【答案】CH3CH2OH(g)+H2O(g) 4H2(g)+2CO(g) △H=+248kJ/mol0.006mol·L-l·min-1＞化学平衡常数(或 K)0≤x<3(或 x<3 )2H2O+2e-=H2↑+2OH-(或2H+ +2e-=H2↑)2Mg2Cu + 3H2=MgCu2 + 3MgH2

【解析】

（1）反应为：2H2O（g）2H2（g）+O2（g），则该反应的平衡常数表达式为K=，故答案为：；

（2）温度升高，化学平衡常数值增大，说明温度升高有利于反应正向移动，正反应为吸热反应，根据反应图，发生的化学反应为：CH3CH2OH（g）+H2O（g）4H2（g）+2CO（g），每生成1molH2（g），热量变化是62kJ，则该反应的焓变为△H=+62×4kJ/mol=+248kJ/mol，

故答案为：CH3CH2OH（g）+H2O（g）4H2（g）+2CO（g）△H=+248kJ/mol；

（3）①G点时，原料进气比为1.5：1，加入0.1molH2O（g），则加入n（CO）=0.15mol，平衡转化率为40%，所以v(CO)＝＝==0.006mol/（Lmin），故答案为：0.006mol/（Lmin）；

②反应为放热反应，降低温度有利于反应正向进行，B点的起始投料比低于E点的起始投料比，但B点和E点的平衡转化率相等，增大其中一种反应物的量，自身转化率降低，因为通过降温升高转化率，所以B点和E点的温度关系为TB＞TE，故答案为：＞；

③温度不变，化学平衡常数值不变，化学平衡常数值只与温度有关，所以A、E、G三点的K值相等，故答案为：K；

④E点原料进气比为1：1，加入amolH2O（g）和amolCO（g），平衡转化率为50%，所以化学平衡常数为K====1，T℃时，若向一容积可变的密闭容器中同时充入3.0molCO、1.0molH2O（g）、1.0molCO2和xmolH2，为使上述反应开始时向正反应方向进行，则需满足Qc==＜K=1，所以0≤x＜3，故答案为：0≤x＜3；

（4）根据原电池装置分析，电子由钛酸锶电极流出，钛酸锶电极作为原电池负极，则铂电极为原电池正极，H2O转化为H2和OH-，所以电极反应式为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，故答案为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-；

（5）Mg、Cu与H2反应，生成MgCu2和仅含一种金属元素的氢化物（其中氢的质量分数约为7.7%），则该金属氢化物应为MgH2，则反应的化学方程式为：2Mg2Cu+3H2=MgCu2+3MgH2，故答案为：2Mg2Cu+3H2=MgCu2+3MgH2。