Question

（I）某化學家根據“原子經濟”的思想，設計了如下制備H₂的反應步驟：
①CaBr₂+H₂OCaO+2HBr    ②2HBr+HgHgBr₂+H₂
③HgBr₂+__________ +          ④2HgO2Hg+O₂↑
請你根據“原子經濟”的思想完成上述步驟③的化學方程式：________         _。
根據“綠色化學”的思想評估該方法制H₂的主要缺點：________             __。
（II）氫氣常用生產水煤氣的方法制得。CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g) △H＜0
在850℃時，K=1。
（1）若升高溫度到950℃時，達到平衡時K______1（填“大于”、“小于”或“等于”）
（2）850℃時，若向一容積可變的密閉容器中同時充入1.0molCO、3.0molH₂O、1.0molCO₂和x mol H₂，則：
①當x = 5.0時，上述平衡向___________（填正反應或逆反應）方向進行。
②若要使上述反應開始時向正反應方向進行，則x應滿足的條件是__________。
（3）在850℃時，若x="5.0" mol，其它物質的投料不變，當上述反應達到平衡后，求H₂的體積分數（計算結果保留兩位有效數字）。

Answer 1

（16分）  
（I）HgBr₂+CaOHgO+CaBr₂（3分） 
循環過程需要很高的能量，且使用重金屬汞，會產生污染（3分）
（II）（1）小于（2分） （2） ①逆反應 （1分） ② 0≤x＜3 （2分）
（3）解：設到達平衡時，H₂或CO₂減少amol，則CO、H₂O增加amol，則：
CO(g)+H₂O(g)  CO₂(g)+H₂(g)
初始物質的量/mol      1.0     3.0        1.0     5.0
變化物質的量/mol       a      a         a       a
平衡物質的量/mol     1.0+a     3.0+a    1.0－a   5.0－a    （2分）
K==1，解得a=0.20             （1分）
平衡時H₂的體積分數=×100% = 48%      （2分）

試題分析：（I）依題意，①的生成物是②的反應物，②的生成物是③的反應物，③的生成物是④的反應物，④的反應物是HgO，則③的生成物是HgO，根據質量守恒定律可知，③的另一種反應物和生成物分別是CaO、CaBr₂；（①+②+③）×2+④可得：2H₂O=2H₂↑+O₂↑；上述4個反應都需要加熱，因此消耗很多的能量才能循環制氫；上述過程中使用Hg、可溶性汞鹽，它們屬于重金屬或重金屬鹽，則制氫過程能產生污染；II．（1）△H＜0，說明正反應是放熱反應；其它條件不變時，升高溫度平衡向吸熱反應方向移動，即850℃變為950℃時，平衡向逆反應方向移動，平衡常數減小，則K<1；（2）①依題意，起始時，生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值為（1.0×5.0）/(1.0×3.0)=5/3，大于該溫度下的平衡常數，說明起始時反應從逆反應方向開始進行，使生成物濃度減小、反應物濃度增大，當生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值為1時，達到850℃時的化學平衡；②若起始時，生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值小于1，即（1.0×x）/(1.0×3.0)<1，則0≤x<3.0；（3）設到達平衡時，H₂或CO₂減少amol，則CO、H₂O增加amol，則：
CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)
初始物質的量/mol      1.0     3.0       1.0     5.0
變化物質的量/mol       a      a         a       a
平衡物質的量/mol     1.0+a     3.0+a   1.0－a   5.0－a
K==1，解得a=0.20
平衡時H₂的體積分數=×100% = 48%。