Question

氯气是一种清洁、高效新能源， 也是重要的化工原料。

(1)通过热化学循环在较低温度下由硫化氢分解制备氢气的反应系统原理为：

SO₂(g)+I₂(s)+2H₂O(l)=2HI(aq)+H₂SO₄(aq)    ∆H₁=-151kJ∙mol^-1

2HI(aq)=H₂(g)+I₂(s)                                       ∆H₂=+110kJ∙mol^-1

H₂S(g)+H₂SO₄(aq)=S(s)+SO₂(g)+2H₂O(l)     ∆H₃=+61kJ∙mol^-1

(热化学硫碘循环硫化氢分解联产氢气、硫磺系统)

通过计算可知，该系统制氢的热化学方程式为___________。

(2)工业上利用CO和H₂合成清洁能源CH₃OH，其反应为CO(g)+2H₂(g)⇌CH₃OH(g)ΔH= -116 kJ·mol^-1。如图表示CO的平衡转化率(α)随温度和压强变化的示意图：

①X 表示的是______ (填“温度”或“压强”) ，理由是_________；Y₁______Y₂ (填“<”、“ >”或“=”)

②在2L恒容密闭容器中充入2 mol CO 和4 mol H₂，一定条件下经过10 min 达到平衡状态c 点处。在该条件下，从开始至达到平衡状态v(CH₃OH) =______ mol∙L^-1∙min ^-1，平衡常数K=________(填最简分数)。平衡常数K_a、K_b、K_c的大小关系是______

③下列措施既能增大反应速率又能提高反应物转化率的是______ (填字母)。

A. 使用催化剂   B. 及时分离CH₃OH   C.升高温度   D.增大压强

(3) 已知燃料电池的比能最与单位质量燃料物质失去的电子数成正比。理论上H₂、CH₄、CH₃OH的碱性电池的比能量由大到小的顺序为_________。

Answer

H2S(g) = S(s) + H2(g) ∆H = + 20 kJ∙mol-1 压强 升温，平衡向吸热反应移动即逆向移动，转化率减小，因此X为压强，增大压强，平衡正向移动，转化率增大 < 0.06 Ka = Kc < Kb D H2 > CH4 > CH3OH

【解析】

(1)根据盖斯定律，三个方程式相加得到。

(2)①CO的平衡转化率(α)增大，说明平衡正向移动，则只能是加压，从下往上，转化率升高，平衡正向移动，则为降温；②三段式建立关系，得出甲醇反应速率，再计算平衡常数，再得出平衡常数大小比较；③A. 使用催化剂，反应速率加快，但转化率不变；B. 及时分离CH3OH，浓度减小；C. 升高温度，反应速率加快，平衡逆向移动，转化率减小，；D. 增大压强，速率加快，平衡正向移动，转化率增大。

(3)单位质量燃料物质失去的电子数越多，则燃料电池的比能量最大，计算三者的比能量得出结论。

(1)根据盖斯定律，三个方程式相加得到H2S(g) = S(s) + H2(g) ∆H = + 21 kJ∙mol-1；故答案为：H2S(g) = S(s) + H2(g) ∆H = + 20 kJ∙mol-1。

(2)①CO的平衡转化率(α)增大，说明平衡正向移动，则只能是加压，因此X表示的是压强，理由是升温，平衡向吸热反应移动即逆向移动，转化率减小，因此X为压强；从下往上，转化率升高，平衡正向移动，则为降温，因此Y1 CH4 > CH3OH；故答案为：H2 > CH4 > CH3OH。