Question

【題目】氫能是理想的清潔能源，資源豐富。以太陽能為熱源分解Fe3O4，經由熱化學鐵氧化合物循環分解水制H2的過程如下：

（1）過程Ⅰ：2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g) ΔH＝+313.18 kJ/mol

① 將O2分離出去，目的是提高Fe3O4的__________________。

② 平衡常數K隨溫度變化的關系是 。

③ 在壓強p1下，Fe3O4的平衡轉化率隨溫度變化的α(Fe3O4)～T曲線如圖1所示。若將壓強由p1增大到p2，在圖1中畫出p2的α(Fe3O4)～T曲線示意圖。

（2）過程Ⅱ的化學方程式是 。

（3）過程Ⅱ，其他條件不變時，在不同溫度下，H2O的轉化率隨時間的變化α(H2O)～t 曲線如圖2所示。比較溫度T1、T2、T3的大小關系是 ，判斷依據是 。

（4）科研人員研制出透氧膜（OTM），它允許電子、O2-同時透過，可實現水連續分解制H2。工作時，CO、H2O分別在透氧膜的兩側反應。工作原理示意圖如下：

H2O在___________側反應（填“a”或“b”），在該側H2O釋放出H2的反應式是 。

Answer 1

【答案】（1）①轉化率

②隨著溫度升高，K增大

③

（2）3FeO+H2OH2+Fe3O4

（3）T1＞T2＞T3；其他條件不變時，相同時間內，α(H2O)越大，說明反應速率越快，則反應溫度越高

（4）aH2O+2e-H2↑+O2-

【解析】

試題分析：（1）過程Ⅰ：2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g)ΔH＝+313.18kJ/mol

①減少生成物的濃度，平衡正向移動，反應物轉化率增大，將O2分離出去，目的是提高Fe3O4的轉化率。②反應吸熱，升高溫度平衡正向移動，升溫平衡常數K增大。③增大壓強平衡逆向移動，Fe3O4的轉化率減小，若將壓強由p1增大到p2，圖像是：

（2）過程Ⅱ是氧化亞鐵和水反應生成四氧化三鐵和氫氣，化學方程式是3FeO+H2OH2+Fe3O4。（3）其他條件不變時，相同時間內，α(H2O)越大，說明反應速率越快，則反應溫度越高，所以T1＞T2＞T3；根據電子移動方向，a為正極，水連續分解制H2，水發生還原反應，所以H2O在a側反應，反應方程式H2O+2e-H2↑+O2-。