Question

17．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(jīng)由熱化學鐵氧化合物循環(huán)分解水制H₂的過程如圖1：

（1）過程Ⅰ：2Fe₃O₄（s）?6FeO（s）+O₂（g）△H=+313.18kJ•mol^-1
①將O₂分離出去，目的是提高Fe₃O₄的轉(zhuǎn)化率．
②平衡常數(shù)K 隨溫度變化的關(guān)系是隨著溫度升高，平衡常數(shù)K變大．
③在壓強 p₁下，F(xiàn)e₃O₄的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的α（Fe₃O₄）～T 曲線如圖3所示．若將壓強由p₁增大到p₂，在圖3中畫出 p₂的α（Fe₃O₄）～T 曲線示意圖．
（2）過程Ⅱ的化學方程式是3FeO+H₂O?Fe₃O₄+H₂．
（3）其他條件不變時，過程Ⅱ在不同溫度下，H₂O的轉(zhuǎn)化率隨時間的變化α（H₂O）～t曲線如圖24所示．比較溫度T₁、T₂、T₃的大小關(guān)系是T₁＞T₂＞T₃，判斷依據(jù)是溫度越高，反應(yīng)速率越大．
（4）科研人員研制出透氧膜（OTM），它允許電子、O ^2-同時透過，可實現(xiàn)水連續(xù)分解制H₂．工作時，CO、H ₂O分別在透氧膜的兩側(cè)反應(yīng)．工作原理示意圖如圖2：H₂O 在a側(cè)反應(yīng)（填“a”或“b”），在該側(cè)H₂O 釋放出 H₂的反應(yīng)式是H₂O+2e^-=H₂+O^2-．

Answer 1

分析 （1）過程Ⅰ：2Fe₃O₄（s）?6FeO（s）+O₂（g）△H=+313.18kJ•mol^-1
①將O₂分離出去，平衡正向移動，目的是提高Fe₃O₄的轉(zhuǎn)化率；
②正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，隨著溫度升高，平衡常數(shù)K 變大；
③壓強增大，平衡向氣體系數(shù)減小的方向移動，轉(zhuǎn)化率降低；
（2）由圖可知：過程Ⅱ的化學方程式是氧化亞鐵與水蒸氣反應(yīng)生成四氧化三鐵和氫氣；
（3）可以從圖象斜率看出速率大小，溫度與速率呈現(xiàn)正相關(guān)，得到T₁＞T₂＞T₃；
（4）本實驗利用水制取氫氣，H₂O 得電子生成H₂和O^2-，O^2-通過OTM 進入b 側(cè)，所以H₂O在a 側(cè)，反應(yīng)方程為H₂O+2e^-=H₂+O^2-．

解答 解：（1）過程Ⅰ：2Fe₃O₄（s）?6FeO（s）+O₂（g）△H=+313.18kJ•mol^-1
①將O₂分離出去，平衡正向移動，目的是提高Fe₃O₄的轉(zhuǎn)化率，故答案為：轉(zhuǎn)化率；
②正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，隨著溫度升高，平衡常數(shù)K 變大，故答案為：隨著溫度升高，平衡常數(shù)K 變大；
③壓強增大，平衡向氣體系數(shù)減小的方向移動，轉(zhuǎn)化率降低，所以圖象為：，故答案為：；
（2）由圖可知：過程Ⅱ的化學方程式是氧化亞鐵與水蒸氣反應(yīng)生成四氧化三鐵和氫氣，所以反應(yīng)方程式為：3FeO+H₂O?Fe₃O₄+H₂，故答案為：3FeO+H₂O?Fe₃O₄+H₂；
（3）T ₁＞T₂＞T₃；初始壓強相同，濃度相同，圖象斜率T ₁＞T₂＞T₃，溫度越高，反應(yīng)速率越大，則說明T ₁＞T₂＞T₃，故答案為：T ₁＞T₂＞T₃；溫度越高，反應(yīng)速率越大；
（4）本實驗利用水制取氫氣，H₂O 得電子生成H₂和O^2-，O^2-通過OTM 進入b 側(cè)，所以H₂O在a 側(cè)，反應(yīng)方程為H₂O+2e^-=H₂+O^2-，故答案為：a；H₂O+2e^-=H₂+O^2-．

點評 本題考查化學平衡影響因素分析，為高頻考點，把握發(fā)生的反應(yīng)、平衡影響因素為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的綜合考查，題目難度中等．