Question

4．氢气是一种理想的“绿色能源”，对废气进行脱碳处理可实现绿色环保、废物利用；利用氢能需要选择合适的储氢材料．目前正在研究和使用的储氢材料有镁系合金、稀土系合金等．
Ⅰ．脱碳：向2L密闭容器中加入2mol CO₂、6mol H₂，在适当的催化剂作用下，发生反应：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）
①该反应自发进行的条件是低温（填“低温”、“高温”或“任意温度”）
②下列叙述不能说明此反应达到平衡状态的是abc．
a、混合气体的平均式量保持不变
b、CO₂和H₂的体积分数保持不变
c、CO₂和H₂的转化率相等
d、混合气体的密度保持不变
e、1mol CO₂参加反应的同时有3mol H-H键生成
③CO₂的浓度随时间（0～t₂）变化如下图所示，在t₂时将容器容积缩小一倍，t₃时达到平衡，t₄时降低温度，t₅时达到平衡，请画出t₂～t₆CO₂的浓度随时间的变化．

Ⅱ．（1）已知：
Mg（s）+H₂（g）═MgH₂（s）△H═-74.5kJ•mol^-1
Mg₂Ni（s）+2H₂（g）═Mg₂NiH₄（s）△H═-64.4kJ•mol^-1
Mg₂Ni（s）+2MgH₂（s）═2Mg（s）+Mg₂NiH₄（s）△H═+84.6　kJ•mol^-1
（2）储氢材料Mg（AlH₄）₂在110～200℃的反应为：Mg（AlH₄）₂═MgH₂+2Al+3H₂↑．
反应中每转移3mol电子时，产生的H₂在标准状况下的体积为33.6L．
（3）镧镍合金在一定条件下可吸收氢气形成氢化物：LaNi₅（s）+3H₂（g）?LaNi₅H₆（s）△H＜0，欲使LaNi₅H₆（s）释放出气态氢，根据平衡移动原理，可改变的条件是bc（填字母编号）．
a．增加LaNi₅H₆（s）的量
b．升高温度
c．减小压强
d．使用催化剂
（4）储氢还可借助有机物，如利用环己烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢：

①某温度下，向恒容密闭容器中加入环己烷，起始浓度为amol•L^-1，平衡时苯的浓度为b mol•L^-1，该反应的平衡常数K=$\frac{27{b}^{4}}{a-b}$mol³•L^-3（用含a、b的代数式表示）．
②一定条件下，如图装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其它有机物）．

A是电源的负极（填“正”或“负”）；电解过程中产生的气体F为O₂（填化学式）：电极D上发生的电极反应为C₆H₆+6H⁺+6e^-═C₆H₁₂．

Answer 1

分析 Ⅰ①自发进行的判断依据是△H-T△S＜0，结合反应特征分析判断需要的条件；
②平衡时是正逆反应速率相同，各组分含量保持不变，原则是变量不变分析选项；
③图象t₂起点，t₃ 到t₄终点，t₄以后符合变化趋势即可，在t₂时将容器容积缩小一倍，压强增大，二氧化碳浓度增大，平衡正向进行，随后减小，t₃时达到平衡，t₄时降低温度，平衡正向进行，二氧化碳减小，反应速率减小，t₅时达到平衡；
Ⅱ（1）已知：①Mg（s）+H₂（g）═MgH₂（s）△H₁=-74.5kJ•mol^-1
②Mg₂Ni（s）+2H₂（g）═Mg₂NiH₄（s）△H₂=-64.4kJ•mol^-1
由盖斯定律②-2×①得到Mg₂Ni（s）+2MgH₂（s）═2Mg（s）+Mg₂NiH₄（s），据此计算；
（2）根据化学方程式Mg（AlH₄）₂═MgH₂+2Al+3H₂↑计算；
（3）根据LaNi₅（s）+3H₂（g）?LaNi₅H₆（s）△H＜0，欲使LaNi₅H₆ （s）释放出气态氢，则平衡向逆向移动，据此分析；
（4）①依据平衡常数表达式解答；
②该实验的目的是储氢，所以阴极上发生的反应为生产目标产物，阴极上苯得电子和氢离子生成环己烷；

解答 解：Ⅰ．①）①CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l），熵变△S＜0，则反应焓变△H＜0，低温下满足△H-T△S＜0；
故答案为：低温；
②CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l），
a、混合气体的平均式量始终保持不变，不能说明反应达到平衡状态，故a错误；   
b、向2L密闭容器中加入2mol CO₂、6mol H₂，按照1：3反应，所以过程中CO₂和H₂的体积分数始终保持不变，故b错误；
c、向2L密闭容器中加入2mol CO₂、6mol H₂，按照1：3反应，CO₂和H₂的转化率始终相等，不能确定反应是否达到平衡状态，故c错误；          
d、反应物是气体，生成物是液体，混合气体的密度保持不变，说明反应达到平衡状态，故d正确；
e、1mol CO₂生成的同时有3mol H-H键断裂，说明正逆反应速率相同，反应达到平衡状态，故e正确；
故答案为：abc；
③在t₂时将容器容积缩小一倍，压强增大，二氧化碳浓度增大，平衡正向进行，随后减小，t₃时达到平衡，t₄时降低温度，平衡正向进行，二氧化碳减小，反应速率减小，t₅时达到平衡；
图象t₂起点二氧化碳浓度突然增大为1mol/L，随反应进行减小，图中t₃ 到t₄终点平衡线在0.5的线上，t₄t₄以后在0.5线以下，但不能到横坐标线上且有平衡线段，图象为：
；
故答案为：；
Ⅱ．（1）已知：①Mg（s）+H₂（g）═MgH₂（s）△H₁=-74.5kJ•mol^-1
②Mg₂Ni（s）+2H₂（g）═Mg₂NiH₄（s）△H₂=-64.4kJ•mol^-1
由盖斯定律②-2×①得到Mg₂Ni（s）+2MgH₂（s）═2Mg（s）+Mg₂NiH₄（s）△H₃=+84.6KJ/mol；
故答案为：+84.6；    
（2）储氢材料Mg（AlH₄）₂在110℃-200℃的反应为：Mg（AlH₄）₂=MgH₂+2Al+3H₂↑，从方程式可知反应中每转移6mol电子时生成3mol，所以反应中每转移3mol电子时产生的H₂的物质的量为1.5，生成氢气33.6L；
故答案为：33.6；
（3）欲使LaNi₅H₆ （s）释放出气态氢，则平衡向逆向移动，由LaNi₅（s）+3H₂（g）?LaNi₅H₆（s）△H＜0为气体减小的放热反应，所以可以升高温度或降低压强，平衡向逆向移动；
故答案为：bc；
（4）①环己烷的起始浓度为amol•L^-1，平衡时苯的浓度为bmol•L^-1，同一容器中各物质反应的物质的量浓度之比等于其计量数之比，所以根据方程式知，环己烷的平衡浓度为（a-b）mol/L，氢气的浓度为3bmol/L，则平衡常数K=$\frac{c（苯）•{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（环己烷）}$=$\frac{27{b}^{4}}{a-b}$mol³•L^-3；
故答案为：$\frac{27{b}^{4}}{a-b}$mol³•L^-3；
②该实验的目的是储氢，所以阴极上发生的反应为生产目标产物，电解池阴极与电源负极相连，得出电解过程中产生的气体F为O₂，阴极上苯得电子和氢离子生成环己烷，电极反应式为C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂；
故答案为：负；O₂；C₆H₆+6H⁺+6e^-═C₆H₁₂．

点评 本题考查了反应自发进行的判断、盖斯定律的应用、平衡影响因素分析判断，平衡计算的分析应用及电解池原理等知识点，掌握基础是关键，综合性较强，题目难度较大，注意对相关知识的理解．