Question

氢能是理想的清洁能源，资源丰富。以太阳能为热源分解 Fe₃O₄ ，经由热化学铁氧化合物循环分解水制H₂ 的过程如下：

（1）过程Ⅰ：

①将O₂分离出去，目的是提高Fe₃O₄的            。

②平衡常数K 随温度变化的关系是             。

③在压强 p₁下， Fe₃O₄的平衡转化率随温度变化的(Fe₃O₄) ~ T 曲线如图 1 所示。若将压强由p₁增大到p₂ ，在图1 中画出 p₂ 的(Fe₃O₄) ~ T 曲线示意图。

（2）过程Ⅱ的化学方程式是         。

（3）其他条件不变时，过程Ⅱ在不同温度下， H₂O的转化率随时间的变化(H₂ O) ~ t曲线如图2 所示。比较温度T₁ 、T₂ 、T₃的大小关系是            ，判断依据是         。

（4）科研人员研制出透氧膜(OTM) ，它允许电子、O^2－同时透过，可实现水连续分解制H₂。工作时，CO、H ₂O分别在透氧膜的两侧反应。工作原理示意图如下：

H₂O在         侧反应（填“ a ”或“ b ”)，在该侧H₂O释放出H₂的反应式是         。

Answer

（1）①转化率。②随着温度升高，平衡常数K变大。

③

（2）3FeO+H2OFe3O4+H2↑；

（3）T 1＞T2＞T3；初始压强相同，浓度相同，图像斜率T 1＞T2＞T3，温度越高，反应速率越大，则说明T 1＞T2＞T3。（4）a；H2O + 2e-=H2+O2-。

【解析】

试题分析：（1）①过程I 的反应中，分理出O2可以可逆反应向正反应方向移动，提高Fe3O4的转化率。②该反应为吸热反应，温度升高，平衡正向移动，使化学平衡常数增大；③该反应的正反应是气体体积增大的反应，压强增大，平衡向气体系数减小的逆反应方向移动，物质的转化率降低。用图像表示为；

（2）过程Ⅱ的化学方程式是反应物为FeO 和H2O，生成物为Fe3O4和H2。根据原子守恒，完成配平方程式可得3FeO+H2OFe3O4+H2↑；。(3)可以从图像斜率看出速率大小。温度与速率呈现正相关。由于斜率T 1＞T2＞T3，斜率越大，反应速率越快，物质的转化率就越大，所以温度高低关系是T 1＞T2＞T3 。(4)本实验利用水制取氢气，H2O得电子生成H2和O2-，O2-通过OTM 进入b 侧，所以H2O在a 侧，反应方程为H2O + 2e-=H2+O2-。

考点：考查化学反应速率、化学平衡及原电池反应原理的应用的知识。