题目内容

【题目】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 的过程如下:

(1)过程Ⅰ:

①将O2分离出去,目的是提高Fe3O4的 。

②平衡常数K 随温度变化的关系是 。

③在压强 p1下, Fe3O4的平衡转化率随温度变化的(Fe3O4) ~ T 曲线如图 1 所示。若将压强由p1增大到p2 ,在图1 中画出 p2 的(Fe3O4) ~ T 曲线示意图。

(2)过程Ⅱ的化学方程式是 。

(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(H2 O) ~ t曲线如图2 所示。比较温度T1 、T2 、T3的大小关系是 ,判断依据是 。

(4)科研人员研制出透氧膜(OTM) ,它允许电子、O2-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。工作原理示意图如下:

H2O在 侧反应(填“ a ”或“ b ”),在该侧H2O释放出H2的反应式是 。

【答案】(1)①转化率。②随着温度升高,平衡常数K变大。

③

(2)3FeO+H2OFe3O4+H2↑;

(3)T 1>T2>T3;初始压强相同,浓度相同,图像斜率T 1>T2>T3,温度越高,反应速率越大,则说明T 1>T2>T3。(4)a;H2O + 2e-=H2+O2-。

【解析】

试题分析:(1)①过程I 的反应中,分理出O2可以可逆反应向正反应方向移动,提高Fe3O4的转化率。②该反应为吸热反应,温度升高,平衡正向移动,使化学平衡常数增大;③该反应的正反应是气体体积增大的反应,压强增大,平衡向气体系数减小的逆反应方向移动,物质的转化率降低。用图像表示为;

(2)过程Ⅱ的化学方程式是反应物为FeO 和H2O,生成物为Fe3O4和H2。根据原子守恒,完成配平方程式可得3FeO+H2OFe3O4+H2↑;。(3)可以从图像斜率看出速率大小。温度与速率呈现正相关。由于斜率T 1>T2>T3,斜率越大,反应速率越快,物质的转化率就越大,所以温度高低关系是T 1>T2>T3 。(4)本实验利用水制取氢气,H2O得电子生成H2和O2-,O2-通过OTM 进入b 侧,所以H2O在a 侧,反应方程为H2O + 2e-=H2+O2-。

练习册系列答案
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【题目】碳元素及其化合物与人类的生活、生产息息相关,请回答下列问题:

(1)自然界中的碳循环对人类的生存与发展具有重要意义。

①绿色植物的光合作用吸收CO2释放O2的过程可以描述为以下两步:

2CO2(g)+2H2O(l)+2C5H10O4(s) = 4(C3H6O3)+(s)+O2(g)+4e- △H=+1360 kJ·mol-1

12(C3H6O3)+(s)+12e- = C6H12O6(s,葡萄糖)+6C5H10O4(s)+3O2(g) △H=-1200 kJ·mol-1

则绿色植物利用二氧化碳和水合成葡萄糖并放出氧气的热化学方程式为:_________________。

②溶洞的形成是石灰岩中的主要成分碳酸钙在一定条件下溶解和沉积形成,请站在活化能的角度解释溶洞形成过程极为缓慢的原因____________。

(2) 工业上碳及其化合物是重要的工业原料。

①以CO2、NaCl、NH3为原料制得Na2CO3是“侯氏制碱法”的重要步骤,相关物质的溶解度曲线如图所示,请写出常温下向饱和氯化钠溶液中先后通入足量的NH3、CO2发生反应的离子方程式:___。

常温常压下,在NaHCO3溶液中存在如下平衡:

HCO3-+H2OH2CO3+OH- Kh=2.27×10-8

HCO3- CO32-+H+ Ka2=4.7×10-11

H2OH++OH- Kw=1.0×10-14

请用K定量解释NaHCO3溶液显碱性的原因:____________,在NaHCO3溶液中继续通入CO2,至溶液中n(HCO3-):n(H2CO3)= ____________时溶液可以达中性。

②工业上可以利用甲醇制备氢气。

甲醇蒸汽重整法制备氢气的胡政尧反应为CH3OH(g) CO(g)+2H2(g),设在容积为2.0L的密闭容器中充入0.60mol的CH3OH(g)体系压强为p1,在一定条件下达到平衡时,体系压强为p2,且p2:p1=2.2,则该条件下CH3OH的平衡转化率为__________________。

工业上还可以利用甲醇部分氧化法制备氢气,在一定温度下以Ag/CeO2-ZnO为催化剂,原料气比例对反应选择性(选择性越大,表示生成的该物质越多)影响关系如图所示.则当

n(O2)/n(CH3OH)=0.25时,CH3OH与O2发生的主要反应方程式为__________;在制备H2时最好控制n(O2)/n(CH3OH)=________。

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