Question

17．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的过程如图1：

（1）过程Ⅰ：2Fe₃O₄（s）?6FeO（s）+O₂（g）△H=+313.18kJ•mol^-1
①将O₂分离出去，目的是提高Fe₃O₄的转化率．
②平衡常数K 随温度变化的关系是随着温度升高，平衡常数K变大．
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3所示．若将压强由p₁增大到p₂，在图3中画出 p₂的α（Fe₃O₄）～T 曲线示意图．
（2）过程Ⅱ的化学方程式是3FeO+H₂O?Fe₃O₄+H₂．
（3）其他条件不变时，过程Ⅱ在不同温度下，H₂O的转化率随时间的变化α（H₂O）～t曲线如图24所示．比较温度T₁、T₂、T₃的大小关系是T₁＞T₂＞T₃，判断依据是温度越高，反应速率越大．
（4）科研人员研制出透氧膜（OTM），它允许电子、O ^2-同时透过，可实现水连续分解制H₂．工作时，CO、H ₂O分别在透氧膜的两侧反应．工作原理示意图如图2：H₂O 在a侧反应（填“a”或“b”），在该侧H₂O 释放出 H₂的反应式是H₂O+2e^-=H₂+O^2-．

Answer 1

分析 （1）过程Ⅰ：2Fe₃O₄（s）?6FeO（s）+O₂（g）△H=+313.18kJ•mol^-1
①将O₂分离出去，平衡正向移动，目的是提高Fe₃O₄的转化率；
②正反应是吸热反应，随着温度升高，平衡常数K 变大；
③压强增大，平衡向气体系数减小的方向移动，转化率降低；
（2）由图可知：过程Ⅱ的化学方程式是氧化亚铁与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气；
（3）可以从图象斜率看出速率大小，温度与速率呈现正相关，得到T₁＞T₂＞T₃；
（4）本实验利用水制取氢气，H₂O 得电子生成H₂和O^2-，O^2-通过OTM 进入b 侧，所以H₂O在a 侧，反应方程为H₂O+2e^-=H₂+O^2-．

解答 解：（1）过程Ⅰ：2Fe₃O₄（s）?6FeO（s）+O₂（g）△H=+313.18kJ•mol^-1
①将O₂分离出去，平衡正向移动，目的是提高Fe₃O₄的转化率，故答案为：转化率；
②正反应是吸热反应，随着温度升高，平衡常数K 变大，故答案为：随着温度升高，平衡常数K 变大；
③压强增大，平衡向气体系数减小的方向移动，转化率降低，所以图象为：，故答案为：；
（2）由图可知：过程Ⅱ的化学方程式是氧化亚铁与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，所以反应方程式为：3FeO+H₂O?Fe₃O₄+H₂，故答案为：3FeO+H₂O?Fe₃O₄+H₂；
（3）T ₁＞T₂＞T₃；初始压强相同，浓度相同，图象斜率T ₁＞T₂＞T₃，温度越高，反应速率越大，则说明T ₁＞T₂＞T₃，故答案为：T ₁＞T₂＞T₃；温度越高，反应速率越大；
（4）本实验利用水制取氢气，H₂O 得电子生成H₂和O^2-，O^2-通过OTM 进入b 侧，所以H₂O在a 侧，反应方程为H₂O+2e^-=H₂+O^2-，故答案为：a；H₂O+2e^-=H₂+O^2-．

点评 本题考查化学平衡影响因素分析，为高频考点，把握发生的反应、平衡影响因素为解答的关键，侧重分析与应用能力的综合考查，题目难度中等．