Question

氢气是一种重要的清洁能源。

(1)航天员呼吸产生的利用反应：∆H，再电解水可实现的循环利用。

①热力学中规定，由最稳定单质生成某物质的焓变称为该物质的标准生成焓(符号：)，最稳定单质的标准生成焓规定为0。已知上述反应式中：

；；；

；则_____。

②反应必须在高温下才能进行，原因是___________________________。

③350℃时，向体积为的恒容密闭容器中通入和发生以上反应。

测得反应过程中压强随时间的变化如下表所示：

时间/	0	10	20	30	40	50	60
压强

350℃时反应的______(为用气体的分压代替各组分平衡浓度表示的平衡常数，气体分压=气体的体积分数×体系总压)。

(2)利用乙醇重整制氢是获得氢能的研究热点，其主要反应原理为：

反应Ⅰ：   ∆H₁

若同时通入水蒸汽，还会发生如下反应

反应Ⅱ： ∆H₂

反应Ⅲ：     ∆H₃

反应Ⅳ： ∆H₄

一定温度下，某恒压密闭容器中充入一定量的发生反应。

已知：氢气选择性指转化的原料气中，转化成氢气的氢元素质量与转化的氢元素总质量的比值。

①下列有关说法正确的是_______________。

A．当混合气的平均相对分子质量不变时，说明反应达到平衡状态

B．增大乙醇初始浓度，能够提高乙醇的平衡转化率

C．其它条件不变，掺入稀有气体，可提高乙醇平衡转化率

D．其它条件不变，掺入水蒸气，可提高氢气的选择性和氢气的体积分数

②下图为上述条件下n(H₂)随反应时间的变化曲线图。若其它初始条件相同，只把容器变为恒容密闭容器，请画出恒容条件下，n(H₂)随反应时间的变化曲线图________________。

③乙醇重整制氢过程中，还可能生成固态炭，固态炭的生成会造成催化剂失活，应尽量避免。研究其它条件相同下，反应温度、氧醇比、水醇比与生成固态炭的条件，得到下图：

试根据图象分析，反应温度、氧醇比、水醇比对固态炭生成的影响_____________。

Answer

-90 反应的活化能高 AC 在其它条件相同的情况下，升高温度或增大水醇比、增大氧醇比均会减少固态炭的生成。

【解析】

计算反应的焓变时，应将生成物的焓变减去反应物的焓变；对于一个反应，不管是吸热反应还是放热反应，都需要提供能量引发反应，反应的活化能越高，所需能量越大；用分压表示平衡常数时，可利用三段式，先求出平衡时各物质的分压，再代入平衡常数计算公式。对于可逆反应，分析平衡混合气的相对分子质量变化时，需要考察气体的总质量和总物质的量的变化；判断反应物的转化率时，需考虑平衡移动的方向；判断产物中H2的体积分数时，不能只考虑生成物中H2的含量，还需考虑反应物的转化率。分析图象时，一方面需考虑条件改变引起反应时间的改变，另一方面需考虑平衡移动的方向；分析条件改变对某产物产量的影响时，需从图象分析入手，找出理想的区域，从而得出适宜的条件。

(1)①反应：∆H

；；；

；则∆H =2-=2×(-242kJ∙mol-1)-(-394 kJ∙mol-1)= -90 kJ∙mol-1。答案为：-90；

②反应时提供的条件，是为了克服反应的活化能，反应必须在高温下才能进行，原因是反应的活化能高。答案为：反应的活化能高；

③设参加反应的CO2物质的量为x，利用已知数据可建立如下三段式：

则，x=2mol，350℃时反应的Kp==。答案为：；

(2)①A．随着反应的进行，混合气的质量不变，物质的量不断改变，当混合气的平均相对分子质量不变时，物质的量保持不变，说明反应达到平衡状态，A符合题意；

B．增大乙醇初始浓度，相当于加压，平衡逆向移动，乙醇的平衡转化率降低，B不合题意；

C．其它条件不变，掺入稀有气体，由于容器的压强不变，气体的体积增大，反应混合气的浓度减小，相当于减压，平衡正向移动，乙醇平衡转化率提高，C符合题意；

D．其它条件不变，掺入水蒸气，反应物中的氢元素都转化为H2，可提高氢气的选择性，但各可逆反应的转化率未知，所以氢气的体积分数不一定增大，D不合题意；

故选AC。答案为：AC；

②若其它初始条件相同，只把容器变为恒容密闭容器，由于生成物的气体分子数大于反应物的气体分子数，所以相当于原容器加压，反应速率加快，达平衡的时间缩短，但平衡逆向移动，n(H2)减小，故恒容条件下，n(H2)随反应时间的变化曲线图为。答案为：；

③从图象中可以看出，温度一定时，增大氧醇比、水醇比，会减少固态炭生成；氧醇比、水醇比一定时，升高温度，会减少固态炭生成，所以反应温度、氧醇比、水醇比对固态炭生成的影响：在其它条件相同的情况下，升高温度或增大水醇比、增大氧醇比均会减少固态炭的生成。答案为：在其它条件相同的情况下，升高温度或增大水醇比、增大氧醇比均会减少固态炭的生成。