Question

【題目】氫是一種理想的綠色清潔能源，氫氣的制取與儲存是氫能源利用領域的研究重點。 已知利用FeO與Fe3O4循環制氫的相關反應如下：

反應I． H2O(g)+3FeO(s) Fe3O4 (s) + H2(g) △H=a kJ mo1-1；

反應II 2 Fe3O4(s) FeO (s) + O2(g) △H=b kJ mo1-1。

(1) 反應:2H2O(g)=2H2(g)+O2(g) △H =________(用含 a、b的代數式表示)kJ mo1-1。

(2)上述反應中a<0、b>0，從能源利用及成本的角度考慮，實現反應II可采用的方案是________。

(3)900℃時，在甲、乙兩個體積均為2.0 L的密閉容器中分別投入0．60 mol FeO(s)并通入0．20 mol H2O(g)，甲容器用 FeO細顆粒，乙容器用FeO粗顆粒。反應過程中H2的生成速率的變化如圖1所示。

①用FeO細顆粒和FeO粗顆粒時，H2的生成速率不同的原因是__________。.

②用FeO細顆粒時H2O(g)的平衡轉化率與用FeO粗顆粒時H2O(g)的平衡轉化率的關系是___________(填“前者大”“前者小”或“相等”)。

(4)FeO的平衡轉化率與溫度的關系如圖2所示。請在圖3中畫出1000℃、用FeO細顆粒時，H2O(g)轉化率隨時間的變化曲線(進行相應的標注)。

Answer 1

【答案】

(l)2a+b；

(2) 用反應I放出的熱量向反應II供熱或用廉價清潔能源提供熱能；

(3) ①FeO細顆粒表面積大，與H2O的接觸面積大，反應速率快；②相等

(4)

【解析】

試題分析：(1)已知H2O(g)+3FeO(s)Fe3O4(s)+H2(g)△H=akJ/mol(Ⅰ)，2Fe3O4═6FeO(s)+O2g△H=bkJ/mol (Ⅱ)，利用蓋斯定律，將(Ⅰ)×2+(Ⅱ)可得2H2O(g)═2H2(g)+O2(g)△H=(2a+b)kJ/mol，故答案為：(2a+b)kJ/mol；

(2) b＞0，要使該制氫方案有實際意義，應給反應Ⅱ提供能量才能使反應發生，可利用廉價清潔能源提供熱能或利用太陽能、地熱能、生物能、核能等，故答案為：用反應I放出的熱量向反應II供熱或用廉價清潔能源提供熱能；

(3)①因細顆粒FeO表面積大，固體的表面積越大，與氫氣的接觸面越大，則反應速率越大，故答案為：細顆粒FeO表面積大，與氫氣的接觸面越大，反應速率加快；

②固體的表面加大小與平衡移動無關，則平衡狀態相同，故答案為：相等；

(4)由圖1可知，升高溫度，FeO的轉化率降低，說明正反應為放熱反應，升高溫度，反應速率增大，但反應物的轉化率降低，則圖象為，故答案為：。