Question

【题目】氢能是理想的清洁能源，资源丰富。以太阳能为热源分解Fe3O4，经由热化学铁氧化合物循环分解水制H2的过程如下：

（1）过程Ⅰ：2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g) ΔH＝+313.18 kJ/mol

① 将O2分离出去，目的是提高Fe3O4的__________________。

② 平衡常数K随温度变化的关系是 。

③ 在压强p1下，Fe3O4的平衡转化率随温度变化的α(Fe3O4)～T曲线如图1所示。若将压强由p1增大到p2，在图1中画出p2的α(Fe3O4)～T曲线示意图。

（2）过程Ⅱ的化学方程式是 。

（3）过程Ⅱ，其他条件不变时，在不同温度下，H2O的转化率随时间的变化α(H2O)～t 曲线如图2所示。比较温度T1、T2、T3的大小关系是 ，判断依据是 。

（4）科研人员研制出透氧膜（OTM），它允许电子、O2-同时透过，可实现水连续分解制H2。工作时，CO、H2O分别在透氧膜的两侧反应。工作原理示意图如下：

H2O在___________侧反应（填“a”或“b”），在该侧H2O释放出H2的反应式是 。

Answer 1

【答案】（1）①转化率

②随着温度升高，K增大

③

（2）3FeO+H2OH2+Fe3O4

（3）T1＞T2＞T3；其他条件不变时，相同时间内，α(H2O)越大，说明反应速率越快，则反应温度越高

（4）aH2O+2e-H2↑+O2-

【解析】

试题分析：（1）过程Ⅰ：2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g)ΔH＝+313.18kJ/mol

①减少生成物的浓度，平衡正向移动，反应物转化率增大，将O2分离出去，目的是提高Fe3O4的转化率。②反应吸热，升高温度平衡正向移动，升温平衡常数K增大。③增大压强平衡逆向移动，Fe3O4的转化率减小，若将压强由p1增大到p2，图像是：

（2）过程Ⅱ是氧化亚铁和水反应生成四氧化三铁和氢气，化学方程式是3FeO+H2OH2+Fe3O4。（3）其他条件不变时，相同时间内，α(H2O)越大，说明反应速率越快，则反应温度越高，所以T1＞T2＞T3；根据电子移动方向，a为正极，水连续分解制H2，水发生还原反应，所以H2O在a侧反应，反应方程式H2O+2e-H2↑+O2-。