Question

12．氫氣是清潔的能源，也是重要的化工原料，有關(guān)氫氣的制取研究是一個(gè)有趣的課題．根據(jù)提供兩種制氫方法，完成下列各題：

（1）方法一：H₂S熱分解法，反應(yīng)式為：2H₂S（g）?2H₂（g）+S₂（g）△H
在恒容密閉容器中，控制不同溫度進(jìn)行H₂S的分解實(shí)驗(yàn)．H₂S的起始濃度均為c mol•L^-1．不同溫度下反應(yīng)相同時(shí)間t后，測(cè)得如圖1所示H₂S轉(zhuǎn)化率曲線圖．其中a為平衡轉(zhuǎn)化率與溫度關(guān)系曲線，b為未達(dá)到平衡時(shí)轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系曲線．
①△H＞0（“＞”、“＜”或“=”），
②若985℃時(shí)，反應(yīng)經(jīng)t min達(dá)到平衡，此時(shí)H₂S的轉(zhuǎn)化率為40%，則t min內(nèi)反應(yīng)速率v（H₂）=$\frac{0.4c}{t}$mol•L^-1•min^-1（用含c、t的代數(shù)式表示）．
③請(qǐng)說(shuō)明隨溫度的升高，曲線b向曲線a逼近的原因：溫度升高，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡所需時(shí)間縮短．
（2）方法二：以CaO為吸收體，將生物材質(zhì)（以C計(jì)）與水蒸氣反應(yīng)制取H₂．反應(yīng)裝置由氣化爐和燃燒爐兩個(gè)反應(yīng)器組成，相關(guān)反應(yīng)如下表所示：

流程1：氣化爐中產(chǎn)生H2	流程2：燃燒爐中CaO再生
通入水蒸氣，主要化學(xué)反應(yīng)： Ⅰ：C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g）  K1 Ⅱ：CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2（g）K2 Ⅲ：CaO（s）+CO2（g）═CaCO3（s）K3	通入純氧，主要化學(xué)反應(yīng)： IV：C（s）+O2（g）═CO2（g） △H=-393.8kJ•mol-1 V：CaCO3（s）═CaO（s）+CO2（g）

①反應(yīng)C（s）+2H₂O（g）+CaO（s）═CaCO₃（s）+2H₂（g）K=K₁•K₂•K₃．（用K₁、K₂、K₃表示）
②圖2為反應(yīng)I在一定溫度下，平衡時(shí)各氣體體積百分含量隨壓強(qiáng)變化的關(guān)系圖2．若反應(yīng)達(dá)某一平衡狀態(tài)時(shí)，測(cè)得c（H₂O）=2c（H₂）=2c（CO）=2mol•L^-1，試根據(jù)H₂O的體積百分含量變化曲線，補(bǔ)充完整CO的變化曲線示意圖．
③對(duì)于可逆反應(yīng)C（s）+2H₂O（g）+CaO（s）?CaCO₃（s）+2H₂（g），△H=-87.9kJ•mol^-1；采取以下措施可以提高H₂產(chǎn)量的是AC．（填字母編號(hào)）
A．降低體系的溫度
B．使各氣體組分濃度均加倍
C．適當(dāng)增加水蒸氣的通入量
D．增加CaO的量，提高CO₂的吸收率？
（3）方法二與方法一相比其優(yōu)點(diǎn)有實(shí)現(xiàn)了吸收劑CaO的循環(huán)，降低能耗（寫一個(gè)即可）．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)溫度升高，H₂S轉(zhuǎn)化率增大，可知化學(xué)平衡正向移動(dòng)，化學(xué)平衡移動(dòng)原理可知升溫平衡吸熱反應(yīng)方向進(jìn)行，向據(jù)此分析；
②根據(jù)轉(zhuǎn)化率求出H₂S的反應(yīng)的量，再求反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$；
③根據(jù)溫度對(duì)速率的影響分析，溫度越高反應(yīng)速率越大；
（2）①反應(yīng)I、II、III之和為反應(yīng)C（s）+2H₂O（g）+CaO（s）═CaCO₃（s）+2H₂（g），據(jù)此分析平衡常數(shù)的關(guān)系，固體不能寫入表達(dá)式；
②根據(jù)方程式確定CO與H₂O變化量關(guān)系，根據(jù)圖中H₂O含量來(lái)確定CO的含量，反應(yīng)中H₂O的變化量約等于CO的變化量，當(dāng)起始水的含量為50%，則H₂、CO各占25%，則CO的曲線的起點(diǎn)坐標(biāo)為（0.1，25），平衡時(shí)水的含量為70%，則H₂、CO各占15%，H₂O含量變化與CO含量變化關(guān)于含量y=37.5的直線對(duì)稱，據(jù)此分析；
③提高H₂產(chǎn)量，則需使平衡正向移動(dòng)，根據(jù)影響平衡的因素分析，
A．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低體系的溫度；
B．該反應(yīng)前后氣體體積不變，使各氣體組分濃度均加倍，則壓強(qiáng)增大，平衡不移動(dòng)；
C．適當(dāng)增加水蒸氣的通入量，平衡正移；
D．增加固體CaO的量，對(duì)平衡無(wú)影響；
（3）方法二CaO能循環(huán)使用，降低能耗據(jù)此分析．

解答 解：（1）①由圖象可知，溫度升高，轉(zhuǎn)化率增大，則平衡正移，所以正方向?yàn)槲鼰岱较颍�即△H＞0，故答案為：＞；
②H₂S的起始濃度均為c mol•L^-1，若985℃時(shí)，反應(yīng)經(jīng)t min達(dá)到平衡，此時(shí)H₂S的轉(zhuǎn)化率為40%，則參加反應(yīng)的硫化氫為c mol•L^-1×40%=0.4cmol•L^-1，
v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.4c}{t}$mol•L^-1•min^-1；
故答案為：$\frac{0.4c}{t}$mol•L^-1•min^-1；
③隨著溫度升高，反應(yīng)速率逐漸加快，達(dá)到平衡所需時(shí)間縮短，所以曲線b向曲線a逼近；
故答案為：溫度升高，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡所需時(shí)間縮短；
（2）①已知：I：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g） K₁
Ⅱ：CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）K₂
Ⅲ：CaO（s）+CO₂（g）═CaCO₃（s）K₃
反應(yīng)I、II、III之和為反應(yīng)C（s）+2H₂O（g）+CaO（s）═CaCO₃（s）+2H₂（g），則K=K₁•K₂•K₃；
故答案為：K₁•K₂•K₃；
②反應(yīng)中H₂O的變化量約等于CO的變化量，當(dāng)起始水的含量為50%，則H₂、CO各占25%，則CO的曲線的起點(diǎn)坐標(biāo)為（0.1，25），平衡時(shí)水的含量為70%，則H₂、CO各占15%，H₂O含量變化與CO含量變化關(guān)于含量y=37.5的直線對(duì)稱，故圖中CO的變化曲線示意圖為：，
故答案為：；
③提高H₂產(chǎn)量，則需使平衡正向移動(dòng)，已知C（s）+2H₂O（g）+CaO（s）?CaCO₃（s）+2H₂（g），△H=-87.9kJ•mol^-1；
A．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低體系的溫度，平衡正移，則能提高H₂產(chǎn)量，故A正確；
B．該反應(yīng)前后氣體體積不變，使各氣體組分濃度均加倍，則壓強(qiáng)增大，平衡不移動(dòng)，所以H₂產(chǎn)量不變，故B錯(cuò)誤；
C．適當(dāng)增加水蒸氣的通入量，平衡正移，則能提高H₂產(chǎn)量，故C正確；
D．增加CaO的量，對(duì)平衡無(wú)影響，所以H₂產(chǎn)量不變，故D錯(cuò)誤；
故答案為：AC；
（3）方法二中實(shí)現(xiàn)了吸收劑CaO的循環(huán)，降低能耗，降低了生產(chǎn)成本，故答案為：實(shí)現(xiàn)了吸收劑CaO的循環(huán)，降低能耗．

點(diǎn)評(píng) 本題考查反應(yīng)熱的判斷、反應(yīng)速率的計(jì)算、化學(xué)平衡圖象與影響因素等，難度中等，注意把握?qǐng)D象中坐標(biāo)的含義，充分利用圖象中的信息，題目綜合性強(qiáng)，側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力．