Question

【题目】氢是一种理想的绿色清洁能源，氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究重点。 已知利用FeO与Fe3O4循环制氢的相关反应如下：

反应I． H2O(g)+3FeO(s) Fe3O4 (s) + H2(g) △H=a kJ mo1-1；

反应II 2 Fe3O4(s) FeO (s) + O2(g) △H=b kJ mo1-1。

(1) 反应:2H2O(g)=2H2(g)+O2(g) △H =________(用含 a、b的代数式表示)kJ mo1-1。

(2)上述反应中a<0、b>0，从能源利用及成本的角度考虑，实现反应II可采用的方案是________。

(3)900℃时，在甲、乙两个体积均为2.0 L的密闭容器中分别投入0．60 mol FeO(s)并通入0．20 mol H2O(g)，甲容器用 FeO细颗粒，乙容器用FeO粗颗粒。反应过程中H2的生成速率的变化如图1所示。

①用FeO细颗粒和FeO粗颗粒时，H2的生成速率不同的原因是__________。.

②用FeO细颗粒时H2O(g)的平衡转化率与用FeO粗颗粒时H2O(g)的平衡转化率的关系是___________(填“前者大”“前者小”或“相等”)。

(4)FeO的平衡转化率与温度的关系如图2所示。请在图3中画出1000℃、用FeO细颗粒时，H2O(g)转化率随时间的变化曲线(进行相应的标注)。

Answer 1

【答案】

(l)2a+b；

(2) 用反应I放出的热量向反应II供热或用廉价清洁能源提供热能；

(3) ①FeO细颗粒表面积大，与H2O的接触面积大，反应速率快；②相等

(4)

【解析】

试题分析：(1)已知H2O(g)+3FeO(s)Fe3O4(s)+H2(g)△H=akJ/mol(Ⅰ)，2Fe3O4═6FeO(s)+O2g△H=bkJ/mol (Ⅱ)，利用盖斯定律，将(Ⅰ)×2+(Ⅱ)可得2H2O(g)═2H2(g)+O2(g)△H=(2a+b)kJ/mol，故答案为：(2a+b)kJ/mol；

(2) b＞0，要使该制氢方案有实际意义，应给反应Ⅱ提供能量才能使反应发生，可利用廉价清洁能源提供热能或利用太阳能、地热能、生物能、核能等，故答案为：用反应I放出的热量向反应II供热或用廉价清洁能源提供热能；

(3)①因细颗粒FeO表面积大，固体的表面积越大，与氢气的接触面越大，则反应速率越大，故答案为：细颗粒FeO表面积大，与氢气的接触面越大，反应速率加快；

②固体的表面加大小与平衡移动无关，则平衡状态相同，故答案为：相等；

(4)由图1可知，升高温度，FeO的转化率降低，说明正反应为放热反应，升高温度，反应速率增大，但反应物的转化率降低，则图象为，故答案为：。