Question

13．合金贮氢材料具有优异的吸收氢性能，在配合氢能的开发中起到重要作用．
（1）一定温度下，某贮氢合金（M）的贮氢过程如图所示，纵轴为平衡时氢气的压强（p），横轴表示固相中氢原子与金属原子的个数比（H/M）．
在OA段，氢溶解于M中形成固溶体MH_x，随着氢气压强的增大，H/M逐惭增大；在AB段，MH_x与氢气发生氢化反应生成氢化物MH_y，氢化反应方程式为：zMH_x（s）+H₂（g）═zMH_y（s）△H（Ⅰ）；在B点，氢化反应结束，进一步增大氢气压强，H/M几乎不变．反应（Ⅰ）中z=$\frac{2}{y-x}$（用含x和y的代数式表示）．温度为T₁时，2g某合金4min内吸收氢气240mL，吸氢速率v=30mL•g^-1•min^-1．反应的焓变△H_Ⅰ＜0（填“＞”“＜”或“=”）．
（2）η表示单位质量贮氢合金在氢化反应阶段的最大吸氢量占其总吸氢量的比例，则温度为T1、T2时，η（T₁）＞ η（T₂）（填“＞”“＜”或“=”）．当反应（Ⅰ）处于图中a点时，保持温度不变，向恒容体系中通入少量氢气，达到平衡后反应（Ⅰ）可能处于图中的c点（填“b”“c”或“d”），该贮氢合金可通过加热或加压的方式释放氢气．
（3）贮氢合金ThNi₅可催化由CO、H₂合成CH₄的反应，温度为T时，该反应的热化学方程式为CO（g）+3H₂（g）=CH₄（g）+H₂O（g）△H=-206kJ•mol^-1 ．
已知温度为T时：CH₄（g）+2H₂O=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165KJ•mol^-1
CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41KJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）根据H原子守恒计算计算z的值；
由吸氢速率单位可知，为单位时间内单位质量金属吸收氢气体积；
由图可知，氢原子与金属原子的个数比相同时，T₂温度高，对应的平衡时氢气的压强大，说明升高温度，平衡逆向移动；
（2）T₂温度高，对应的平衡时氢气的压强大，则升高温度，平衡逆向移动，则该反应为放热反应，低温下有利于吸收氢；
当反应（Ⅰ）处于图中a点时，保持温度不变，向恒容体系中通入少量氢气，因温度不变，K不变，则平衡时氢原子与金属原子的个数比增大，平衡点在曲线AB上；
释放氢气即为平衡逆向移动，结合该反应为放热反应、气体体积减小的反应特点解答；
（3）已知：①CH₄（g）+2H₂O═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165kJ•mol^-1
②CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ•mol^-1，
根据盖斯定律，②-①可得：CO（g）+3H₂（g）═CH₄（g）+H₂O（g）．

解答 解：（1）；zMH_x（s）+H₂（g）?zMH_y（s）中遵循质量守恒定律，则反应前后H原子个数相同，则zx+2=zy，解得z=$\frac{2}{y-x}$；
由吸氢速率单位可知，为单位时间内单位质量金属吸收氢气体积，故吸氢速率v=$\frac{\frac{240mL}{2g}}{4min}$=30mL•g^-1•min^-1；
由图可知，氢原子与金属原子的个数比相同时，T₂温度高，对应的平衡时氢气的压强大，说明升高温度反应向生成氢气的方向移动，即升高温度向逆方向移动，则逆方向为吸热反应，所以正方向为放热反应，即△H₁＜0，
故答案为：$\frac{2}{y-x}$；30；＜；
（2）T₂温度高，对应的平衡时氢气的压强大，则升高温度，平衡逆向移动，则该反应为放热反应，低温下有利于吸收氢，T₁＜T₂时，则η（T₁）＞η（T₂）；
当反应（Ⅰ）处于图中a点时，保持温度不变，向恒容体系中通入少量氢气，因温度不变，K不变，平衡时氢原子与金属原子的个数比增大，平衡点在曲线AB上，则达到平衡后反应（Ⅰ）可能处于图中的c点；
释放氢气即为平衡逆向移动，因该反应为放热反应、气体体积减小的反应，则该贮氢合金可通过加热或减压的方式释放氢气；
故答案为：＞；c；加热；减压；
（3）已知：①CH₄（g）+2H₂O═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165kJ•mol^-1
②CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ•mol^-1，
根据盖斯定律，②-①可得：CO（g）+3H₂（g）=CH₄（g）+H₂O（g）△H=-206kJ•mol^-1 ，
故答案为：CO（g）+3H₂（g）=CH₄（g）+H₂O（g）△H=-206kJ•mol^-1 ．

点评 本题考查化学平衡图象、反应速率、盖斯定律应用等，把握平衡移动的影响因素、图象中纵横坐标的含义为解答的关键，侧重分析与应用能力的综合考查，题目难度中等．