Question

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

（1）方法一：H₂S熱分解法，反應式為：2H₂S（g）?2H₂（g）+S₂（g）△H
在恒容密閉容器中，控制不同溫度進行H₂S的分解實驗．H₂S的起始濃度均為c mol?L^-1．不同溫度下反應相同時間t后，測得如圖1所示H₂S轉化率曲線圖．其中a為平衡轉化率與溫度關系曲線，b為未達到平衡時轉化率與溫度的關系曲線．
①△H

 

0（“＞”、“＜”或“=”），
②若985℃時，反應經t min達到平衡，此時H₂S的轉化率為40%，則t min內反應速率v（H₂）=

 

（用含c、t的代數式表示）．
③請說明隨溫度的升高，曲線b向曲線a逼近的原因：

 

．
（2）方法二：以CaO為吸收體，將生物材質（以C計）與水蒸氣反應制取H₂．反應裝置由氣化爐和燃燒爐兩個反應器組成，相關反應如下表所示：

流程1：氣化爐中產生H2	流程2：燃燒爐中CaO再生
通入水蒸氣，主要化學反應： 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，主要化學反應： Ⅳ：C（s）+O2（g）═CO2（g） △H=-393.8kJ?mol-1 V：CaCO3（s）═CaO（s）+CO2（g）

①反應C（s）+2H₂O（g）+CaO（s）═CaCO₃（s）+2H₂（g） K=

 

．（用K₁、K₂、K₃表示）
②如圖2為反應I在一定溫度下，平衡時各氣體體積百分含量隨壓強變化的關系圖．若反應達某一平衡狀態(tài)時，測得c（H₂O）=2c（H₂）=2c（CO）=2mol?L^-1，試根據H₂O的體積百分含量變化曲線，補充完整CO的變化曲線示意圖．
③對于可逆反應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產量的是

 

．（填字母編號）
A．降低體系的溫度
B．使各氣體組分濃度均加倍
C．適當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)點有

 

（寫一個即可）．

Answer 1

考點：轉化率隨溫度、壓強的變化曲線,化學平衡常數的含義,化學平衡的影響因素

專題：化學平衡專題

分析：（1）①根據溫度升高，轉化率增大，可知平衡正移，據此分析；
②根據轉化率求出反應的量，再求反應速率；
③根據溫度對速率的影響分析；
（2）①反應I、II、III之和為反應C（s）+2H₂O（g）+CaO（s）═CaCO₃（s）+2H₂（g），據此分析；
②根據方程式確定CO與H₂O變化量關系，根據圖中H₂O含量來確定CO的含量，據此分析；
③提高H₂產量，則需使平衡正向移動，根據影響平衡的因素分析；
（3）方法二CaO能循環(huán)使用，據此分析．

解答： 解：（1）①由圖象可知，溫度升高，轉化率增大，則平衡正移，所以正方向為吸熱方向，即△H＞0，故答案為：＞；
②H₂S的起始濃度均為c mol?L^-1，若985℃時，反應經t min達到平衡，此時H₂S的轉化率為40%，則參加反應的硫化氫為c mol?L^-1×40%=0.4cmol?L^-1，
v=

△c

t

=

0.4c

t

mol?L^-1?min^-1；
故答案為：

0.4c

t

mol?L^-1?min^-1；
③隨著溫度升高，反應速率逐漸加快，達到平衡所需時間縮短，所以曲線b向曲線a逼近；
故答案為：溫度升高，反應速率加快，達到平衡所需時間縮短；
（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I、II、III之和為反應C（s）+2H₂O（g）+CaO（s）═CaCO₃（s）+2H₂（g），則K=K₁?K₂?K₃；
故答案為：K₁?K₂?K₃；
②反應中H₂O的變化量約等于CO的變化量，當起始水的含量為50%，則H₂、CO各占25%，則CO的曲線的起點坐標為（0.1，25），平衡時水的含量為70%，則H₂、CO各占15%，H₂O含量變化與CO含量變化關于含量y=37.5的直線對稱，故圖中CO的變化曲線示意圖為：，
故答案為：；
③提高H₂產量，則需使平衡正向移動，已知C（s）+2H₂O（g）+CaO（s）?CaCO₃（s）+2H₂（g），△H=-87.9kJ?mol^-1；
A．該反應為放熱反應，降低體系的溫度，平衡正移，則能提高H₂產量，故A正確；
B．該反應前后氣體體積不變，使各氣體組分濃度均加倍，則壓強增大，平衡不移動，所以H₂產量不變，故B錯誤；
C．適當增加水蒸氣的通入量，平衡正移，則能提高H₂產量，故C正確；
D．增加CaO的量，對平衡無影響，所以H₂產量不變，故D錯誤；
故答案為：AC；
（3）方法二中實現了吸收劑CaO的循環(huán)，降低能耗，降低了生產成本，故答案為：實現了吸收劑CaO的循環(huán)，降低能耗．

點評：本題考查反應熱的判斷、反應速率的計算、化學平衡圖象與影響因素等，難度中等，注意把握圖象中坐標的含義，充分利用圖象中的信息，題目綜合性強，側重于考查學生對所學知識的應用能力．