Question

【題目】氯氣是一種清潔、高效新能源， 也是重要的化工原料。

(1)通過熱化學循環在較低溫度下由硫化氫分解制備氫氣的反應系統原理為：

SO2(g)+I2(s)+2H2O(l)=2HI(aq)+H2SO4(aq) H1=-151kJmol-1

2HI(aq)=H2(g)+I2(s) H2=+110kJmol-1

H2S(g)+H2SO4(aq)=S(s)+SO2(g)+2H2O(l) H3=+61kJmol-1

(熱化學硫碘循環硫化氫分解聯產氫氣、硫磺系統)

通過計算可知，該系統制氫的熱化學方程式為___________。

(2)工業上利用CO和H2合成清潔能源CH3OH，其反應為CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH= -116 kJ·mol-1。如圖表示CO的平衡轉化率(α)隨溫度和壓強變化的示意圖：

①X 表示的是______ (填“溫度”或“壓強”) ，理由是_________；Y1______Y2 (填“<”、“ >”或“=”)

②在2L恒容密閉容器中充入2 mol CO 和4 mol H2，一定條件下經過10 min 達到平衡狀態c 點處。在該條件下，從開始至達到平衡狀態v(CH3OH) =______ molL-1min -1，平衡常數K=________(填最簡分數)。平衡常數Ka、Kb、Kc的大小關系是______

③下列措施既能增大反應速率又能提高反應物轉化率的是______ (填字母)。

A. 使用催化劑 B. 及時分離CH3OH C.升高溫度 D.增大壓強

(3) 已知燃料電池的比能最與單位質量燃料物質失去的電子數成正比。理論上H2、CH4、CH3OH的堿性電池的比能量由大到小的順序為_________。

Answer 1

【答案】H2S(g) = S(s) + H2(g) H = + 20 kJmol-1 壓強 升溫，平衡向吸熱反應移動即逆向移動，轉化率減小，因此X為壓強，增大壓強，平衡正向移動，轉化率增大 < 0.06 Ka = Kc < Kb D H2 > CH4 > CH3OH

【解析】

(1)根據蓋斯定律，三個方程式相加得到。

(2)①CO的平衡轉化率(α)增大，說明平衡正向移動，則只能是加壓，從下往上，轉化率升高，平衡正向移動，則為降溫；②三段式建立關系，得出甲醇反應速率，再計算平衡常數，再得出平衡常數大小比較；③A. 使用催化劑，反應速率加快，但轉化率不變；B. 及時分離CH3OH，濃度減小；C. 升高溫度，反應速率加快，平衡逆向移動，轉化率減小，；D. 增大壓強，速率加快，平衡正向移動，轉化率增大。

(3)單位質量燃料物質失去的電子數越多，則燃料電池的比能量最大，計算三者的比能量得出結論。

(1)根據蓋斯定律，三個方程式相加得到H2S(g) = S(s) + H2(g) H = + 21 kJmol-1；故答案為：H2S(g) = S(s) + H2(g) H = + 20 kJmol-1。

(2)①CO的平衡轉化率(α)增大，說明平衡正向移動，則只能是加壓，因此X表示的是壓強，理由是升溫，平衡向吸熱反應移動即逆向移動，轉化率減小，因此X為壓強；從下往上，轉化率升高，平衡正向移動，則為降溫，因此Y1<Y2 ；故答案為：壓強；升溫，平衡向吸熱反應移動即逆向移動，轉化率減小，因此X為壓強；<。

②

從開始至達到平衡狀態，平衡常數，b、c溫度相同，平衡常數相同，a點溫度低，平衡正向移動，平衡常數增大，因此平衡常數Ka = Kc < Kb；故答案為：0.06；；Ka = Kc < Kb。

③A. 使用催化劑，反應速率加快，但轉化率不變，故A不符合題意；B. 及時分離CH3OH ，濃度減小，反應速率減慢，故B不符合題意；C. 升高溫度，反應速率加快，平衡逆向移動，轉化率減小，故C不符合題意；D. 增大壓強，速率加快，平衡正向移動，轉化率增大，故D符合題意；綜上所述，答案為D。

(3)單位質量燃料物質失去的電子數越多，則燃料電池的比能量最大，H2比能量為，CH4比能量為，CH3OH比能量為，因此三者比能量由大到小的順序為H2 > CH4 > CH3OH；故答案為：H2 > CH4 > CH3OH。