Question

16．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）化合物 LiNH₂是一种储氢容量高、安全性好的固体储氢材料，其储氢原理表示为：
Li₂NH （s）+H₂（g）=LiNH₂ （s）+LiH（s）△H=-44.5kJ•mol^-1
Li₃N （s）+H₂（g）=Li₂NH （s）+LiH（s）△H=-165kJ•mol^-1
①LiNH₂的电子式．
②写出Li₃N固体与氢气反应转化为LiNH₂的热化学方程式Li₃N （s）+2H₂（g）=LiNH₂ （s）+2LiH（s）△H=-209.5kJ•mol^-1．
（2）乙苯催化生产苯乙烯可得到H₂副产物，反应如下：
CH₂CH₃（g）?催化剂CH=CH₂（g）+H₂（g）
在实际生产时，反应在常压（101KPa）下进行，且向乙苯蒸气中掺入水蒸气．图1是不同温度和不同投料比[M=n（H2O）n（乙苯）]情况下，乙苯平衡转化率的变化曲线．

①用平衡分压代替平衡浓度，列出540℃下该反应的平衡常数计算式K=$\frac{（\frac{0.7}{1.7}×101）^{2}}{\frac{0.3}{1.7}×101}$．（分压=总压×物质的量分数）
②图中A、B两点对应的平衡常数大小：K_A＜K_B．（填“＞”、“＜”或“=”）
③投料比（M₁、M₂、M₃）的大小顺序为M₁＞M₂＞M₃．判断理由为恒压条件下，水蒸气含量越高，分压越小，平衡朝体积增大方向移动．
④随着反应的进行，催化剂上出现少量积炭使其活性减弱，水蒸气有助于恢复催化剂的活性，原因是C+H₂O 高温?CO+H₂（用化学方程式表示）．
（3）电解碱性尿素[CO（NH₂）₂]溶液可以制得氢气，装置如图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CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）①LiNH₂为离子化合物，是锂离子Li⁺和NH^2-离子构成；
②Li₂NH （s）+H₂（g）=LiNH₂ （s）+LiH（s）△H=-44.5kJ•mol^-1
Li₃N （s）+H₂（g）=Li₂NH （s）+LiH（s）△H=-165kJ•mol^-1
依据盖斯定律计算得到Li₃N固体与氢气反转化为LiNH₂的热化学方程式；
（2）①用平衡分压代替平衡浓度，540℃下乙苯转化率为70%，该反应的平衡常数计算式等于生成物平衡分压幂次方乘积除以反应物平衡分压幂次方乘积，分压=总压×物质的量分数；
②随温度升高，乙苯转化率增大，说明升温平衡正向进行，正反应为吸热反应，AB两点B点温度高；
③乙苯量越多，投料比越小，乙苯转化率越小，据此分析判断M的值；
④催化剂上的少量积炭使其活性减弱，水蒸气有助于恢复催化剂的活性是因为碳和水蒸气在高温下反应生成一氧化碳气体和氢气，除去表面的积碳；
（3）根据图2可知：该电池反应时中，氮元素化合价由-3价变为0价，H元素化合价由+1价变为0价，所以生成氮气的电极是阳极，阳极上尿素失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子、氮气和水；生成氢气的电极是阴极．

解答 解：（1）①LiNH₂为离子化合物，是锂离子Li⁺和NH^2-离子构成，电子式为：，
故答案为：；
②Ⅰ．Li₂NH （s）+H₂（g）=LiNH₂ （s）+LiH（s）△H=-44.5kJ•mol^-1
Ⅱ．Li₃N （s）+H₂（g）=Li₂NH （s）+LiH（s）△H=-165kJ•mol^-1
依据盖斯定律计算Ⅰ+Ⅱ得到Li₃N固体与氢气反应转化为LiNH₂的热化学方程式：Li₃N （s）+2H₂（g）=LiNH₂ （s）+2LiH（s）△H=-209.5kJ•mol^-1 ，
故答案为：Li₃N （s）+2H₂（g）=LiNH₂ （s）+2LiH（s）△H=-209.5kJ•mol^-1；
（2）①CH₂CH₃（g）$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$CH=CH₂（g）+H₂（g），
用平衡分压代替平衡浓度，540℃下乙苯转化率为70%，设起始乙苯物质的量为1mol，
          CH₂CH₃（g）$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$CH=CH₂（g）+H₂（g），
 起始量（mol）      1mol                          0               0
 变化量（mol）  1mol×70%=0.7mol                0.7mol          0.7mol
平衡量（mol）      0.3mol                       0.7mol           0.7mol      
540℃下该反应的平衡常数计算式K=$\frac{\frac{0.7mol}{1.7mol}×101pa×\frac{0.7mol}{1.7mol}×101pa}{\frac{0.3mol}{1.7mol}×101pa}$=$\frac{（\frac{0.7}{1.7}×101）^{2}}{\frac{0.3}{1.7}×101}$，
故答案为：$\frac{（\frac{0.7}{1.7}×101）^{2}}{\frac{0.3}{1.7}×101}$；
②图象分析可知，随温度升高，乙苯转化率增大，说明升温平衡正向进行，正反应为吸热反应，AB两点B点温度高，平衡正向进行程度大，平衡常数B点大，K_A＜K_B，
故答案为：＜；
③乙苯量越多，投料比越小，乙苯转化率越小，恒压条件下，水蒸气含量越高，分压越小，平衡朝体积增大方向移动，据此分析判断M的值，M₁＞M₂＞M₃，
故答案为：M₁＞M₂＞M₃；恒压条件下，水蒸气含量越高，分压越小，平衡朝体积增大方向移动；
④催化剂上的少量积炭使其活性减弱，水蒸气有助于恢复催化剂的活性是因为碳和水蒸气在高温下反应生成一氧化碳气体和氢气，除去表面的积碳，反应的化学方程式为：C+H₂O $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+H₂，
故答案为：C+H₂O $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+H₂．
（3）由图可知，CO（NH₂）₂在阳极放电生成N₂，C元素价态未变化，故还有碳酸钾生成与水生成；阳极上尿素失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子、氮气和水，电极反应式为CO（NH₂）₂+8OH^--6e-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O，阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-，
故答案为：CO（NH₂）₂+8OH^--6e-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O．

点评 本题考查了化学平衡的计算、电解池原理、平衡常数计算、图象分析应用，题目难度中等，明确化学平衡及其影响为解答关键，注意掌握三段式在化学平衡的计算中的应用方法，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．