Question

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热点． 利用Fe0/Fe₃0₄循环制氢，已知：
H₂O（g）+3FeO（s）?Fe₃O₄（s）+H₂（g）△H=akJ/mol（Ⅰ）
2Fe₃O₄═6FeO（s）+O₂g△H=bkJ/mol  （Ⅱ）
下列坐标图分别表示FeO的转化率（图1 ）和一定温度时，H₂出生成速率[细颗粒（直径0.25mm），粗颗粒（直径3mm）]（图2）．

（1）反应：2H₂O（g）═2H₂（g）+O₂g△H=

 

 （用含a、b代数式表示）；
（2）上述反应b＞0，要使该制氢方案有实际意义，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°C时，在两个体积均为2L密闭容器中分别投入0.60molFeO和0.20mol H₂O（g）甲容器用细颗粒FeO、乙容器用粗颗粒FeO．
①用细颗粒FeO和粗颗粒FeO时，H₂生成速率不同的原因是：

 

；
②细颗粒FeO时H₂O（g）的转化率比用粗颗粒FeO时 H₂0（g）的转化率

 

（填“大”或“小”或“相等”）；
③求此温度下该反应的平衡常数K（写出计箅过程）．
（4）在下列坐标图3中画出在1000°C、用细颗粒FeO时，H₂0（g）转化率随时间变化示意阁（进行相应的标注）：

Answer 1

考点：化学平衡的计算,化学平衡的影响因素

专题：化学平衡专题

分析：（1）利用盖斯定律计算反应热；
（2）可利用廉价清洁能源提供热能；
（3）①固体的表面积越大，反应速率越大；
②固体的表面加大小与平衡移动无关；
③由图象可知900°C时，氢气的转化率为40%，计算出平衡浓度，结合平衡常数的表达式计算；
（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．

解答： 解：（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；
③由图象可知900°C时，氢气的转化率为40%，则转化的水的浓度为0.2mol×40%=0.08mol/L，
              H₂O（g）+3FeO（s）?Fe₃O₄（s）+H₂（g）
起始（mol）    0.20                         0
转化（mol）   0.080                        0.080  
平衡（mol）   0.12                         0.080
K=

c(H2)

c(H2O)

=

0.080mol 2.0L

0.12mol 2.0L

=0.67，
故答案为：0.67；
（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：．

点评：本题考查较为综合，涉及化学平衡的计算、平衡移动等问题，侧重于学生的分析能力、计算能力的考查，为高考高频考点，注意把握题给信息，为解答该题的关键，难度中等．