Question

【題目】氫氣是一種重要的清潔能源。

(1)航天員呼吸產生的利用反應：H，再電解水可實現的循環利用。

①熱力學中規定，由最穩定單質生成某物質的焓變稱為該物質的標準生成焓(符號：)，最穩定單質的標準生成焓規定為0。已知上述反應式中：

；；；

；則_____。

②反應必須在高溫下才能進行，原因是___________________________。

③350℃時，向體積為的恒容密閉容器中通入和發生以上反應。

測得反應過程中壓強隨時間的變化如下表所示：

時間/	0	10	20	30	40	50	60
壓強

350℃時反應的______(為用氣體的分壓代替各組分平衡濃度表示的平衡常數，氣體分壓=氣體的體積分數×體系總壓)。

(2)利用乙醇重整制氫是獲得氫能的研究熱點，其主要反應原理為：

反應Ⅰ： H1

若同時通入水蒸汽，還會發生如下反應

反應Ⅱ： H2

反應Ⅲ： H3

反應Ⅳ： H4

一定溫度下，某恒壓密閉容器中充入一定量的發生反應。

已知：氫氣選擇性指轉化的原料氣中，轉化成氫氣的氫元素質量與轉化的氫元素總質量的比值。

①下列有關說法正確的是_______________。

A．當混合氣的平均相對分子質量不變時，說明反應達到平衡狀態

B．增大乙醇初始濃度，能夠提高乙醇的平衡轉化率

C．其它條件不變，摻入稀有氣體，可提高乙醇平衡轉化率

D．其它條件不變，摻入水蒸氣，可提高氫氣的選擇性和氫氣的體積分數

②下圖為上述條件下n(H2)隨反應時間的變化曲線圖。若其它初始條件相同，只把容器變為恒容密閉容器，請畫出恒容條件下，n(H2)隨反應時間的變化曲線圖________________。

③乙醇重整制氫過程中，還可能生成固態炭，固態炭的生成會造成催化劑失活，應盡量避免。研究其它條件相同下，反應溫度、氧醇比、水醇比與生成固態炭的條件，得到下圖：

試根據圖象分析，反應溫度、氧醇比、水醇比對固態炭生成的影響_____________。

Answer 1

【答案】-90 反應的活化能高 AC 在其它條件相同的情況下，升高溫度或增大水醇比、增大氧醇比均會減少固態炭的生成。

【解析】

計算反應的焓變時，應將生成物的焓變減去反應物的焓變；對于一個反應，不管是吸熱反應還是放熱反應，都需要提供能量引發反應，反應的活化能越高，所需能量越大；用分壓表示平衡常數時，可利用三段式，先求出平衡時各物質的分壓，再代入平衡常數計算公式。對于可逆反應，分析平衡混合氣的相對分子質量變化時，需要考察氣體的總質量和總物質的量的變化；判斷反應物的轉化率時，需考慮平衡移動的方向；判斷產物中H2的體積分數時，不能只考慮生成物中H2的含量，還需考慮反應物的轉化率。分析圖象時，一方面需考慮條件改變引起反應時間的改變，另一方面需考慮平衡移動的方向；分析條件改變對某產物產量的影響時，需從圖象分析入手，找出理想的區域，從而得出適宜的條件。

(1)①反應：H

；；；

；則H =2-=2×(-242kJmol-1)-(-394 kJmol-1)= -90 kJmol-1。答案為：-90；

②反應時提供的條件，是為了克服反應的活化能，反應必須在高溫下才能進行，原因是反應的活化能高。答案為：反應的活化能高；

③設參加反應的CO2物質的量為x，利用已知數據可建立如下三段式：

則，x=2mol，350℃時反應的Kp==。答案為：；

(2)①A．隨著反應的進行，混合氣的質量不變，物質的量不斷改變，當混合氣的平均相對分子質量不變時，物質的量保持不變，說明反應達到平衡狀態，A符合題意；

B．增大乙醇初始濃度，相當于加壓，平衡逆向移動，乙醇的平衡轉化率降低，B不合題意；

C．其它條件不變，摻入稀有氣體，由于容器的壓強不變，氣體的體積增大，反應混合氣的濃度減小，相當于減壓，平衡正向移動，乙醇平衡轉化率提高，C符合題意；

D．其它條件不變，摻入水蒸氣，反應物中的氫元素都轉化為H2，可提高氫氣的選擇性，但各可逆反應的轉化率未知，所以氫氣的體積分數不一定增大，D不合題意；

故選AC。答案為：AC；

②若其它初始條件相同，只把容器變為恒容密閉容器，由于生成物的氣體分子數大于反應物的氣體分子數，所以相當于原容器加壓，反應速率加快，達平衡的時間縮短，但平衡逆向移動，n(H2)減小，故恒容條件下，n(H2)隨反應時間的變化曲線圖為。答案為：；

③從圖象中可以看出，溫度一定時，增大氧醇比、水醇比，會減少固態炭生成；氧醇比、水醇比一定時，升高溫度，會減少固態炭生成，所以反應溫度、氧醇比、水醇比對固態炭生成的影響：在其它條件相同的情況下，升高溫度或增大水醇比、增大氧醇比均會減少固態炭的生成。答案為：在其它條件相同的情況下，升高溫度或增大水醇比、增大氧醇比均會減少固態炭的生成。