Question

【題目】氫氣是一種清潔能源，氫氣的制取與儲存是氫能源利用領域的研究熱點。

（1）利用光能和光催化劑，可將CO2和H2O(g)轉化為CH4和O2。紫外光照射時，在不同催化劑(I、Ⅱ、Ⅲ)作用下，CH4產量隨光照時間的變化如圖l所示：

①在0～30小時內，CH4的平均生成速率vI、vⅡ和vⅢ從小到大的順序為________；反應開始后的12小時內，在第____種催化劑的作用下，收集的CH4最多。

②將所得的CH4與H2O(g)通入聚焦太陽能反應器，發(fā)生CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)反應，在一定條件下，CH4的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖2所示，T2>T1，則上述反應的△H _______0（填“<”、“>”、“=”，下同），A、C處對應平衡常數(shù)(KA、KC)的大小關系為KA____KC。

③維持溫度T2，將0.04mol CH4(g)和0.04mol H2O(g)通入容積為1L的定容密閉容器中發(fā)生反應，平衡時達到B點，測得CH4的轉化率為50%，該反應在此溫度下的平衡常數(shù)KB=________。

④下列現(xiàn)象能說明該反應已經達到平衡狀態(tài)的是________（填編號）。

A．容器內CH4、H2O、CO、H2單位物質的量之比為1：1：1：3

B．容器內氣體的密度恒定

C．容器內氣體的壓強恒定

D.3v( CO)=v(H2)

（2）LiBH4為近年來常用的儲氫材料。

①反應2LiBH4 =2LiH+2B +3H2↑，生成22.4 L H2（標準狀況）時，轉移電子的物質的量為____ mol。

②圖3是2LiBH4/MgH2體系放氫焓變示意圖，則：Mg(s) +2B(s) =MgB2(s) △H=____。

（3）圖4是直接硼氫化鈉一過氧化氫燃料電池示意圖。該電池工作時，正極附近溶液的pH___（填“增大”、“減小”或“不變”），負極的電極反應式為____。

Answer 1

【答案】 v I ⅡⅢ Ⅱ > < 0.0108 C 2 -93 kJ/mol 增大 BH4--8e-+8OH-=BO2-+6H2O

【解析】試題分析：本題考查圖像的分析，外界條件對化學平衡的影響，化學平衡常數(shù)的計算，化學平衡的標志，氧化還原反應中轉移電子的計算，反應熱的計算，原電池原理和電極反應式的書寫。

（1）①根據(jù)圖1，0~30小時內，CH4的產量是IIIIII，0~30小時內CH4的平均生成速率υIυIIυIII。反應開始后的12小時內，CH4的產量IIIIII，反應開始后的12小時內在第II種催化劑的作用下收集的CH4最多。

②在橫坐標上取一點，作橫坐標的垂直線，可見T2時CH4的轉化率大于T1時，T2T1，升高溫度CH4的轉化率增大，升高溫度平衡向正反應方向移動，正反應為吸熱反應，ΔH0。C點溫度高于A點，升高溫度平衡向正反應方向移動，則KAKC。

③用三段式， CH4（g） + H2O（g）CO（g）+3H2（g）

n（起始）（mol） 0.04 0.04 0 0

n（轉化）（mol）0.0450%=0.02 0.02 0.02 0.06

n（平衡）（mol） 0.02 0.02 0.02 0.06

平衡時CH4、H2O、CO、H2物質的量濃度依次為0.02mol/L、0.02mol/L、0.02mol/L、0.06mol/L，此溫度下反應的平衡常數(shù)KB===0.0108。

④A，達到平衡時各物質的濃度不變，不一定等于化學計量數(shù)之比，容器內CH4、H2O、CO、H2物質的量之比為1：1：1：3不一定達到平衡狀態(tài)；B，該反應中所有物質都呈氣態(tài)，根據(jù)質量守恒定律，氣體的總質量始終不變，容器的容積不變，容器內氣體的密度始終不變，容器內氣體的密度恒定不能說明反應達到平衡狀態(tài)；C，該反應的正反應是氣體分子數(shù)增大的反應，建立平衡過程中氣體分子物質的量增大，恒容容器中氣體壓強增大，平衡時氣體分子物質的量不變，容器內氣體壓強不變，容器內氣體的壓強恒定能說明反應達到平衡狀態(tài)；D，3υ（CO）=υ（H2）沒有指明是正反應速率還是逆反應速率，不能說明反應達到平衡狀態(tài)；能說明反應達到平衡狀態(tài)的是C項，答案選C。

（2）①用單線橋分析反應為，生成3molH2轉移6mo電子，n（H2）==1mol，轉移電子物質的量為2mol。

②根據(jù)圖示可寫出下列熱化學方程式，

2LiH（s）+2B（s）+3H2（g）=2LiBH4（s）ΔH=-200kJ/mol（①式）

2LiH（s）+MgB2（s）+4H2（g）=2LiBH4（s）+MgH2（s）ΔH=-183kJ/mol（②式）

Mg（s）+H2（g）=MgH2（s）ΔH=-76kJ/mol（③式）

應用蓋斯定律，①式-②式+③式得，Mg（s）+2B（s）=MgB2（s）ΔH=（-200kJ/mol）-（-183kJ/mol）+（-76kJ/mol）=-93kJ/mol。

③根據(jù)圖示B電極的電極反應式為H2O2+2e-=2OH-，B電極上發(fā)生得電子的還原反應，B電極為正極，正極生成OH-，電池工作時正極附近堿性增強，溶液的pH增大。A電極為負極，由圖示負極電極反應為BH4--e-+OH-→BO2-+H2O，H元素的化合價由BH4-中的-1價升至H2O中+1價，1molBH4-反應失去8mol電子，則負極反應式為BH4--8e-+8OH-=BO2-+6H2O。