Question

氢气是清洁的能源，也是重要的化工原料，根据以下两种制氢方法，完成下列问题：

（1）方法一：H₂S热分解法，反应式为：H₂S (g) H₂ (g)+S(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c mol/L)，测定结果见图1，其中曲线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△H___________0（填“>”“<”或“=”）。

②若985℃时，反应经t min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 = + 131.6 kJ/mol

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

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

①计算反应C (s) +2H₂O(g) +CaO(s) ==CaCO₃ (s)+2H₂ (g)的△H=_____（保留到小数点后面1位）；若K₁、K₂、K₃分别为反应I、II、III的平衡常数，该反应的平衡常数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___。  （填字母编号）

A．适当的降低体系的温度       B．使各气体组分浓度均加倍

C．用特殊材料吸收氢气         D．增加CaO的量

③图2为反应I在一定温度下，平衡时各气体体积百分含量随压强变化的关系图。若反应达某一平衡状态时，测得c( H₂O)=2c(H₂)= 2c(CO)=2 mol／L，试根据H₂O的体积百分含量变化曲线，补充完整CO的变化曲线示意图。___________________

(3)以N₂、H₂为电极反应物，以HCl-NH₄C1为电解质溶液制造新型燃料电池，放电过程中，溶液中NH₄⁺浓度逐渐增大，写出该电池的正极反应式：___________________。

Answer

> 0.4/c 温度升高，反应速率加快，达到平衡所需时间缩短 -89.7kJ/mol K1·K2·K3 AC N2+6e-+8H+= 2NH4+

【解析】（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，故答案为：＞；

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

v=△c/t=0.4c/tmol·L-1·min-1；故答案为：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；故答案为：温度升高，反应速率加快，达到平衡所需时间缩短；

（2）①已知：I：C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g）△H = + 131.6 kJ/mol K1

Ⅱ：CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2（g） △H = -43 kJ/mol K2

Ⅲ：CaO（s）+CO2（g）═CaCO3（s）△H = -178.3 kJ/mol K3

反应I、II、III之和为反应C（s）+2H2O（g）+CaO（s）═CaCO3（s）+2H2（g），△H =+ 131.6 kJ/mol -43 kJ/mol -178.3 kJ/mol = -89.7kJ/mol ，则K=K1·K2·K3 ；故答案为： -89.7kJ/mol 、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），△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，故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，故B错误；

C．用特殊材料吸收氢气，平衡正移，则能提高H2产量，故C正确；

D．增加CaO的量，对平衡无影响，所以H2产量不变，故D错误；

故答案为：AC；

③反应中H2O的变化量约等于CO的变化量，当起始水的含量为50%，则H2、CO各占25%，则CO的曲线的起点坐标为（0.1，25），平衡时水的含量为70%，则H2、CO各占15%，H2O含量变化与CO含量变化关于含量y=37.5的直线对称，故图中CO的变化曲线示意图为：

(3)以N2、H2为原料，以HCl-NH4Cl为电解质溶液构成新型燃料电池，正极发生还原反应，即氮气被还原生成NH4＋，电极反应式为N2+6e－+8H＋=2NH4＋；负极是氢气失电子生成氢离子，电极方程式为H2-2e－=2H＋。故答案为：N2+6e－+8H＋=2NH4＋。

点睛：（1）考查反应热判断，反应速率计算、化学平衡分析，难度中等；（2）①盖斯定律应用，反应热相加，平衡常数却是乘积，易混淆；③注意把握图象中坐标的含义，充分利用图象中的信息，题目综合性强，要有较强的应用知识的能力。(3)新型燃料电池，为高频考点，侧重于学生的分析能力的考查，注意根据总反应式判断出正负极和阴阳极的反应，从化合价变化的角度分析，难度不大。