Question

氢气是一种新型的绿色能源，又是一种重要的化工原料。以生物材质(以C 计）与水蒸气反应制取H₂是一种低耗能，高效率的制H₂方法。该方法由气化炉制造H₂和燃烧炉再生CaO两步构成。气化炉中涉及到的反应为：

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；

燃烧炉中涉及到的反应为：

Ⅳ C(s)+O₂(g)=CO₂

Ⅴ CaCO₃(s)=CaO(s)+CO₂(g)

（1）该工艺制H₂总反应可表示为C(s)+2H₂O(g)+CaO(s)CaCO₃(s)+2H₂(g)，其反应的平衡常数K=_________（用K₁、K₂、K₃的代数式表示）。在2L的密闭容器中加入一定量的C(s)、H₂O(g)和CaO(s)。下列能说明反应达到平衡的是_______________。

A．容器内压强不再变化                B．H₂与H₂O(g)的物质的量之比不再交化

C．混合气体的密度不再变化            D．形成amolH-H键的同时断裂 2amolH-O键

（2）对于反应Ⅰ，不同温度和压强对H₂产率影响如下表。

压强 温度	p1/Mpa	p2/Mpa
500℃	45.6%	51.3%
700℃	67.8%	71.6%

下列图像正确的是_________。

（3）已知反应Ⅱ的△H=-41.1kJ/mol， C=O、O-H、H-H的键能分别为803KJ/mol，464 kJ/mol、436kJ/mol，则 CO中碳氧键的键能为_________ kJ/mol。

（4）对于反应Ⅲ，若平衡时再充入CO2，使其浓度增大到原来的2倍，则平衡移动方向为_________；当重新平衡后，CO₂浓度_________（填“变大”“变小”“不变”）。

（5）氢镍电池具有无记忆、无污染，免维护等特点，被称为绿色电池。该电池的总反应为：H+NiOOH M+Ni(OH)₂，其中M为储氢合金材料，则充电过程中的阴极反应式为_______________。

Answer

K1·K2·K3 BC BD 1072.9 正向移动或向右移动 不变 M+H2O +e-= MH+OH-

【解析】(1)①由盖斯定律知反应C(s)+2H2O(g)+CaO(s)CaCO3(s)+2H2(g)的△H等于反应I、Ⅱ、Ⅲ的△H之和，则平衡常数K等于I、Ⅱ、Ⅲ的K之积，即K=K1•K2•K3；A．混合气体的物质的量始终不变，恒温恒容时容器内压强始终不变，无法判断是平衡状态，故A错误；B．H2与H2O(g)的物质的量之比不再交化，说明量一定，是平衡状态，故B正确；C．体积一定，混合气体的质量不确定，当混合气体的密度不再变化时，是平衡状态，故C正确；D．形成amolH-H键的同时断裂 2amolH-O键，均为逆反应，无法判断是平衡状态，故D错误；答案为BC；

(2)对于可逆反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) 温度不变，增加压强平衡逆向移动，则H2的产率降低，则p1＞p2，压强不变时，升高温度，H2的产率增大，说明正反应为吸热反应；A．由p1到p2降低压强，反应速率降低，平衡应正向移动，故A错误；B．图像符合升高温度平衡正向移动，且H2的产率增大，故B正确；C．恒压下，升高温度平衡正向移动，H2O的含量降低，但恒温下，增大压强平衡逆向移动，H2O的含量增加，故C错误；D．温度升高，平衡正向移动，平衡常数增加，故D正确；答案为BD；

(3)CO中碳氧键的键能为xKJ/mol，则反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的△H=(x+2×464)KJ/mol-(2×803+436)KJ/mol=-41.1KJ/mol，解得：x=1072.9，即CO中碳氧键的键能为1072.9KJ/mol；

(4)对于反应CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)，若平衡时再充入CO2，增大反应物的浓度，则平衡移动方向为正向移动；当重新平衡后，因温度不变，平衡常数不变，则平衡时CO2浓度不变；

(5)阴极上H2O得电子生成MH，则充电过程中阴极的电极反应式：H2O+M+e一=MH+OH-。