Question

氢气是重要的化工原料。

（1）利用H₂S制备H₂．已如：在较低温度下发生下列反应：

①H₂S(g)+H₂SO₄(aq)═S(s)+SO₂(g)+2H₂O(1)     △H₁=+61kJ•mol^-1

②SO₂(g)+I₂(s)+2H₂O(1)═2HI(aq)+H₂SO₄(aq)     △H₂=-151kJ•mol^-1

③2HI(aq)⇌H₂(g)+I₂(s)     △H₃=+110kJ•mol^-1

④H₂S(g)⇌ H₂(g)+S(s)     △H₄=__kJ•mol^-1。

（2）乙烯是合成食品外包装材料一聚乙烯的单体。工业上利用H₂和CO₂可以制备乙烯，2CO₂(g)+6H₂(l)⇌C₂H₄(g)+4H₂O(g)   △H

①在2L恒容密闭容器中投入4molCO₂和amolH₂，在某催化剂作用下发生上述反应，CO₂的转化率与温度关系如图1所示。

由图1判断，T₂__T₁（填“＞”、“＜”或“=”）；T₂K下，0～10min内H₂的平均反应速率v(H₂)=__mol•L^-1•min^-1。

②测得单位时间内C₂H₄产率与温度、投料比关系如图2所示。

若X为温度，当温度高于X₀时，单位时间内乙烯产率降低的原因可能是__。

若X为投料比，当大于X₀时，乙烯产率降低的原因可能是__。

③在某温度下达到平衡后，在t₀时只改变一个外界条件，反应速率（v）与时间（t）的关系如图3所示。改变的条件可能是___（填字母）。

A.增大反应物浓度

B.增大压强

C.升高温度

D.加入高效催化剂

（3）科学家已研究出生物酶，利用原电池原理在常温和生物酶作用下N₂和H₂合成NH₃，即H₂在负极上发生氧化反应，H⁺通过质子交换膜迁移到正极区，正极上合成NH₃。正极的电极反应式为__。

Answer

+20 ＜ 0.48 B 催化剂活性降低 H2和C2H4发生加成反应 N2+6e-+6H+=2NH3

【解析】

(1)根据盖斯定律计算；

(2)①根据“先拐先平数值大”判断，根据图像知道T2下CO2的转化率，利用二氧化碳和氢气的计量数之比，计算出v(H2)=；

②若X代表温度，考虑催化剂的活性，若X代表投料比，考虑氢气与乙烯发生反应；

③图像上可以得到正反应速率大于逆反应速率，是突然增大的因素，不是浓度的影响；

(3)H+向正极移动，正极上是氮气得电子生成氨气，写出电极反应式；

(1)根据盖斯定律，①+②+③=④，可得ΔH4=+20kJ/mol；

(2)由图①可知，T1先达到平衡，说明温度较高，即T1＞T2。由平衡转化率可知，温度越低，CO2的平衡转化率较高，说明正反应是放热反应。根据氢气的二氧化碳的计量数之比可知，氢气的速率是二氧化碳速率的三倍，故v(H2)===0.48mol/L；

由图②可知，高于X0时，产率降低，单位时间内产率实际反映速率大小，若X代表温度，可能是温度过高，催化剂失去活性；若X代表投料比，投料比高于X0，可能是H2和乙烯发生加成反应。

③改变条件，正逆反应速率都增大，（速率离开原平衡），平衡向正反应速率移动。

A．增大反应物浓度，正反应速率增大，逆反应速率不变，随后逆反应速率增大，正反应速率减小，改变条件瞬时，逆反应速率与原平衡点连接（不离开原平衡），与图像不符，故A错误；

B．增大压强，正逆反应速率都增大，正反应的计量数大于逆反应，平衡向正方向移动；

C．该可逆反应的正反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，即升高温度，正逆反应速率都增大，逆反应方向速率增大程度大于正反应，与图像不符；

D．加入高效催化剂，只能缩短达到平衡的时间，平衡不移动，与图像不符；

答案选B。

(3)依题意，负极区H+向正极区迁移，正极反应式为N2+6e-+6H+=2NH3。