Question

7．氢气是一种清洁能源，氢气的制取与储存是氢能源利用领域的热点．
（1）NaBH₄是一神重要的储氢载体，能与水反应生成NaBO₂，且反应前后B的化合价不变，该反应的化学方程式为NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑，反应消耗1molNaBH₄时转移的电子数目为4N_A或2.408×10²⁴．
（2）H₂S热分解可制氢气．反应方程式：2H₂S（g）═2H₂（g）+S₂（g）△H；在恒容密闭容器中，测得H₂S分解的转化率（H₂S起始浓度均为c mol/L）如图1所示．图l中曲线a表示H₂S的平衡转化率与温度的关系，曲线b表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H₂S的转化率．
①△H＞0（填“＞”“＜”或“=”）；
②若985℃时，反应经t min达到平衡，此时H₂S的转化率为40%，则t min内反应速率v（ H₂）=$\frac{0.4c}{t}$mol•L^-1•min^-1（用含c、t的代数式表示）；
③请说明随温度升高，曲线b向曲线a接近的原因温度升高，反应速率加快，达到平衡所需时间缩短．
（3）使用石油裂解的副产物CH₄可制取H₂，某温度下，向体积为2L的密闭容器中充入0.40mol CH₄（g）和0.60molH₂O（g）的浓度随时间的变化如表所示：

时间/mol 浓度/mol•L-1 物质	0	1	2	3	4
CH4	0.2	0.13	0.1	0.1	0.09
H2	0	0.21	0.3	0.3	0.33

①写出此反应的化学方程式CH₄+H₂O?3H₂+CO，此温度下该反应的平衡常数是0.135．
②3min时改变的反应条件是升高温度或增大H₂O的浓度或减小CO的浓度（只填一种条件的改变）．
③一定条件下CH₄的平衡转化率与温度、压强的关系如图2所示．则P₁-P₂填“＞”、“＜”或“=“）．

Answer 1

分析 （1）NaBH₄与水反应生成NaBO₂，且反应前后B的化合价不变，H元素化合价由-1价、+1价变为0价，结合转移电子守恒配平方程式；
（2）①根据温度升高，H₂S转化率增大，可知化学平衡正向移动，化学平衡移动原理可知升温平衡吸热反应方向进行，向据此分析；
②根据转化率求出H₂S的反应的量，再求反应速率v=$\frac{△c}{△t}$；
③根据温度对速率的影响分析，温度越高反应速率越大；
（3）①反应方程式为CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）根据三行式代入平衡常数表达式进行计算；
②根据表中数据可知3min时达到平衡，再根据4min时各组分浓度变化量判断改变的条件；
③根据压强对平衡移动影响，结合图象分析解答，温度一定压强越大平衡逆向进行，甲烷转化率减小；

解答 解：（1）NaBH₄与水发生氧化还原反应生成NaBO₂和H₂，化学方程式为：NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑，氢元素化合价-1价和+1价变化为0价，反应消耗1molNaBH₄时转移的电子数目为4mol，即4N_A或2.408×10²⁴，
故答案为：NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑；4N_A或2.408×10²⁴；
（2）①由图象可知，温度升高，转化率增大，则平衡正移，所以正方向为吸热方向，即△H＞0，
故答案为：＞；
②H₂S的起始浓度均为c mol•L^-1，若985℃时，反应经t min达到平衡，此时H₂S的转化率为40%，则参加反应的硫化氢为c mol•L^-1×40%=0.4cmol•L^-1，
v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.4c}{t}$mol•L^-1•min^-1；
故答案为：$\frac{0.4c}{t}$mol•L^-1•min^-1；
③随着温度升高，反应速率逐渐加快，达到平衡所需时间缩短，所以曲线b向曲线a逼近；
故答案为：温度升高，反应速率加快，达到平衡所需时间缩短；
（3）①反应方程式为：CH₄+H₂O?3H₂+CO，结合三行计算列式计算平衡浓度，计算平衡常数，
                           CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g），
初起量（mol•L^-1）：0.2                 0.3            0            0
变化量（mol•L^-1）：0.1                 0.1           0.1            0.3
平衡量（mol•L^-1）：0.1               0.2             0.1             0.3
所以K=$\frac{0．{3}^{3}×0.1}{0.1×0.2}$=0.135，
故答案为：CH₄+H₂O?3H₂+CO，0.135；
②3min时改变的反应条件，反应向正反应方向进行，可能为升高温度或增大H₂O的浓度或减小CO的浓度，
故答案为：升高温度或增大H₂O的浓度或减小CO的浓度；
③一定条件下CH₄的平衡转化率与温度、压强的关系如图2，CH₄+H₂O?3H₂+CO，反应前后气体物质的量增大，分析可知温度一定，压强越大平衡逆向进行，甲烷的转化率减小，P₁＜P₂，
故答案为：＜．

点评 本题考查了氧化还原反应电子守恒、影响化学平衡的因素分析、平衡常数计算、图象变化分析判断方法等，掌握基础是解题关键，题目难度中等．