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氢气是一种清洁能源,氢气的制取与利用是氢能源领域的研究热点.

已知:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=206.2 kJ·mol-1

CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH=247.4 kJ·mol-1

(1)以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法.CH4(g)与H2O(g)反应生成CO2(g)和H2(g)的热化学方程式为________.

(2)H2O的热分解也可得到H2,高温下水分解体系中主要气体的体积分数与温度的关系如图1所示.图中A、B表示的物质依次是________.

(3)电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢的装置示意图见图2(电解池中隔膜仅阻止气体通过,阴、阳极均为惰性电极).电解时,阳极的电极反应式为________.

(4)上述方法制得的H2可以和CO在一定条件下合成甲醇和二甲醚(CH3OCH3)及许多烃类物质.当两者以物质的量1∶1催化反应,其原子利用率达100%,合成的物质可能是________.

a.汽油

b.甲醇

c.甲醛

d.乙酸

(5)在一定温度和压强下,CO和H2催化合成二甲醚的反应为:

3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)

若一体积可变的密闭容器中充入3 mol H2、3 mol CO、1 mol CH3OCH3、1 mol CO2,经一定时间达到平衡,并测得平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍.则反应开始时正、逆反应速率的大小:v(正)________v(逆)(填“>”、“<”或“=”),理由是________,平衡时n(CH3OCH3)=________mol.

练习册系列答案
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(2012?济南二模)氢气是一种清洁能源,又是合成氨工业的重要原料.
(1)已知:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206.2kJ/mol
CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)△H=+247.4kJ/mol
甲烷和H2O(g)反应生成H2和CO2的热化学方程式为
CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)△H=+165.0kJ/mol
CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)△H=+165.0kJ/mol
.
(2)工业合成氨的原理为:N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-92.4kJ/mol.
某温度下,把10mol N2与28mol H2置于容积为10L的密闭容器内,10min时反应达到平衡状态,测得氮气的平衡转化率为60%,则10min内的平均反应速率v(H2)=
0.18
0.18
mol/(L?min),该温度下该反应的平衡常数K=
3.6(mol/L) -2
3.6(mol/L) -2
.
欲增大氮气的平衡转化率,可采取的措施有
增加氢气的浓度或分离出氨气或降温
增加氢气的浓度或分离出氨气或降温
(写一种措施即可).
(3)图所示装置工作时均与H2有关.

①图1所示装置中阳极的电极反应式为
MnO42--e-=MnO4-
MnO42--e-=MnO4-
.
②图2所示装置中,通入H2的管口是
d
d
(选填字母代号).
③某同学按图3所示装置进行实验,实验结束后,将玻璃管内固体物质冷却后,溶于稀硫酸,充分反应后,滴加KSCN溶液,溶液不变红,再滴入新制氯水,溶液变为红色.该同学据此得出结论:铁与水蒸气反应生成FeO和H2.该结论
不严密
不严密
(填“严密”或“不严密”),你的理由是
2Fe3++Fe=3Fe2+
2Fe3++Fe=3Fe2+
(用离子方程式表示).
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研究热点.
(1)直接热分解法制氢.某温度下,H2O(g)?H2(g)+
1
2
O2(g).该反应的平衡常数表达式为K=
c(H2)c
1
2
(O2)
c(H2O)
c(H2)c
1
2
(O2)
c(H2O)
.
(2)热化学循环制氢.制备H2的反应步骤如下:
①Br2(g)+CaO(s)═CaBr2(s)+
1
2
O2(g)△H=-73kJ?mol-1
②3FeBr2(s)+4H2O(g)═Fe3O4(s)+6HBr(g)+H2(g)△H=+384kJ?mol-1
③CaBr2(s)+H2O (g)═CaO(s)+2HBr(g)△H=+212kJ?mol-1
④Fe3O4(s)+8HBr(g)═Br2(g)+3FeBr2(s)+4H2O(g)△H=-274kJ?mol-1
则 H2O(g)?H2(g)+
1
2
O2(g)△H=
+249
+249
kJ?mol-1.
(3)光电化学分解制氢,其原理如图.钛酸锶光电极的电极反应为4OH--4e-═O2+2H2O,则铂电极的电极反应为
2H2O+2e-═H2↑+2OH-(或2H++2e-═H2↑)
2H2O+2e-═H2↑+2OH-(或2H++2e-═H2↑)
.
(4)水煤气法制氢.
CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H<0,在850℃时,K=1.
①若升高温度到950℃时,达到平衡时K
<
<
1(填“>”、“<”或“=”).
②850℃时,若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0mol CO、3.0mol H2O、1.0mol CO2 和x mol H2,若要使上述反应开始时向正反应方向进行,则x应满足的条件是
x<3
x<3
.
(5)甲烷制氢.将1.0mol CH4和2.0mol H2O (g)通入容积为100L的反应室,在一定条件下发生反应:CH4(g)+H2O(g)═CO(g)+3H2(g).测得达到平衡所需的时间为5min,CH4的平衡转化率为50%,则用H2表示该反应的平均反应速率为
0.003 mol?L-1?min-1
0.003 mol?L-1?min-1
.
(6)LiBH4具有非常高的储氢能力,分解时生成氢化锂和两种非金属单质.该反应的化学方程式为
2LiBH4═2LiH+2B+3H2↑
2LiBH4═2LiH+2B+3H2↑
.

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