Question

综合题：

氢气是清洁的能源，也是重要的化工原料，根据以下三种制氢方法。完成下列问题：

（1）方法一：H₂S热分解法，反应式为：2H₂S（g）2H₂（g）+S₂（g）△H

在恒容密闭容器中，测定H₂S分解的转化率（H₂S的起始浓度均为cmol/L），测定结果见下图，图中曲线a表示H₂S的平衡转化率与温度关系，曲线b表示不同温度下反应经过相同时间未达到化学平衡时H₂S的转化率。

①△H0，（“＞”、“＜”或“=”）。

②若985℃时，反应经tmin达到平衡，此时H₂S的转化率为40%，则tmin内反应速率v（H₂）=    

（用含c、t的代数式表示）。

③请说明随温度的升高，曲线b向曲线a接近的原因：。

（2）方法二：以CaO为吸收体，将生物材质（以C计）与水蒸气反应制取H₂。相关主要反应如下：

I：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+131.0kJ/mol

Ⅱ：CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-43kJ/mol

Ⅲ：CaO（s）+CO₂（g）═CaCO₃（s）△H=-178.3kJ/mol

①计算反应C（s）+2H₂O（g）+CaO（s）CaCO₃（s）+2H₂（g）的△H=kJ/mol；

若K₁、K₂、K₃分别为反应I、Ⅱ、Ⅲ的平衡常数，该平衡常数K=（用K₁、K₂、K₃表示）。

②对于可逆反应C（s）+2H₂O（g）+CaO（s）CaCO₃（s）+2H₂（g），采取以下措施可以提高H₂产率的是。（填字母）

A．降低体系的温度

B．压缩容器的体积

C．增加CaO的量

D．选用适当的催化剂

（3）方法三：利用甲醇可以与水蒸气反应制取H₂，反应方程式如下：

CH₃OH（g）+H₂O（g）CO₂（g）+3H₂（g）△H＝+49.4kJ/mol

一定温度下，向容积为2L的密闭恒容容器中充入1molCH₃OH（g）和3molH₂O（g），达到平衡状态时，吸收热量19.76kJ。则

①达平衡时混合气体的压强是反应前的倍。

②此温度下的该反应的平衡常数是（保留两位有效数字）。

Answer

（1）＞；②mol/（L·min）；③温度升高，反应速率加快，达到平衡所需时间缩短；（2）-90.3；K1·K2·K3；②A；

（3）①1.2②0.11mol2/L2

【解析】

试题分析：（1）①由图象可知，温度升高，转化率增大，则平衡正移，所以正方向为吸热方向，即△H＞0；

②H2S的起始浓度均为cmol•L-1，若985℃时，反应经tmin达到平衡，此时H2S的转化率为40%，则参加反应的硫化氢为cmol•L-1×40%＝0.4cmol•L-1，v＝△c÷△t＝0.4c/tmol·L－1·min－1；

③随着温度升高，反应速率逐渐加快，达到平衡所需时间缩短，所以曲线b向曲线a逼近；

（2）①已知：

I：C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g）△H=+131.0kJ/mol

Ⅱ：CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2（g）△H=-43kJ/mol

Ⅲ：CaO（s）+CO2（g）═CaCO3（s）△H=-178.3kJ/mol

则根据盖斯定律可知I+Ⅱ+Ⅲ即得到反应C（s）+2H2O（g）+CaO（s）CaCO3（s）+2H2（g）△H＝-90.3kJ/mol，平衡常数K＝K1•K2•K3；

②提高H2产量，则需使平衡正向移动，已知C（s）+2H2O（g）+CaO（s）CaCO3（s）+2H2（g）的△H＝-87.9kJ•mol-1；A．该反应为放热反应，降低体系的温度，平衡正移，则能提高H2产量，A正确；B．该反应前后气体体积不变，使各气体组分浓度均加倍，则压强增大，平衡不移动，所以H2产量不变，B错误；C．增加CaO的量，对平衡无影响，所以H2产量不变，C错误；D．催化剂不能改变平衡状态，D错误；答案选A；

（3）达到平衡状态时，吸收热量19.76kJ，则根据热化学方程式可知消耗甲醇的物质的量是19.76kJ÷49.4kJ/mol＝0.4mol，则

CH3OH（g）+H2O（g）CO2（g）+3H2（g）

起始量（mol）1300

转化量（mol）0.40.40.41.2

平衡量（mol）0.62.60.41.2

平衡浓度（mol/L）0.31.30.20.6

①达平衡时混合气体的压强是反应前的倍。

②此温度下的该反应的平衡常数K＝＝0.11mol2/L2。

考点：考查反应热的判断、反应速率的计算、化学平衡图像与影响因素等