Question

14．A、B、C是三種常用制備氫氣的方法．
A．煤炭制氫氣，相關(guān)反應(yīng)為：
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），△H=a kJ•mol^-1
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），△H=b kJ•mol^-1
B．氯堿工業(yè)中電解飽和食鹽水制備氫氣．
C．硫鐵礦（FeS₂）燃燒產(chǎn)生的SO₂通過(guò)如圖碘循環(huán)工藝過(guò)程制備H₂：

回答問(wèn)題：
（1）某溫度（T₁）下，向容積為2L的密閉容器中充入一定量的CO和H₂O，發(fā)生煤炭制氫氣的一個(gè)反應(yīng)：反應(yīng)過(guò)程中測(cè)定的部分?jǐn)?shù)據(jù)如表（表中t₁＜t₂）：

反應(yīng)時(shí)間/min	n（CO）/mol	H2O/mol
0	1.20	0.60
t1	0.80
t2		0.20

保持其他條件不變，向平衡體系中再通入0.20molH₂O，與原平衡相比，達(dá)到新平衡時(shí)CO轉(zhuǎn)化率增大（增大、減小、不變），H₂O的體積分?jǐn)?shù)增大（增大、減小、不變）；
保持其他條件不變，溫度由T₁升至T₂，上述反應(yīng)平衡常數(shù)為0.64，則正反應(yīng)為放熱（吸熱、放熱）反應(yīng)．
保持其他條件不變，起始時(shí)向容器中充入0.60mol CO和1.20mol H₂O，到達(dá)平衡時(shí)，n（CO₂）=0.40 mol．
（2）寫(xiě)出方法B制備氫氣的離子方程式；2Cl^-+2H₂O $\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑
（3）膜反應(yīng)器常利用膜的特殊功能實(shí)現(xiàn)反應(yīng)產(chǎn)物的選擇性分離．方法C在HI分解反應(yīng)中使用膜反應(yīng)器分離出H₂的目的是減小氫氣的濃度，使HI分解平衡正向移動(dòng)，提高HI的分解率．
（4）反應(yīng)：C（s）+CO₂（g）=2CO（g），△H=（a-b）kJ•mol^-1．
（5）某種電化學(xué)裝置可實(shí)現(xiàn)如下轉(zhuǎn)化：2CO₂=2CO+O₂，CO可用作燃料．已知該反應(yīng)的陽(yáng)極反應(yīng)為：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O，則陰極反應(yīng)為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-．

Answer 1

分析 （1）保持其他條件不變，增加一種反應(yīng)物的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大，自身轉(zhuǎn)化率降低；
CO與H₂O按物質(zhì)的量比1：1反應(yīng)，充入0.60 mol CO和1.20 mol H₂O與充入1.20 mol CO和0.6mol H₂O到達(dá)平衡時(shí)對(duì)應(yīng)生成物的濃度、物質(zhì)的量相同；
t₁min時(shí)n（CO）=0.8mol，n（H₂O）=0.6mol-0.4mol=0.2mol，t₂min時(shí)n（H₂O）=0.2mol，說(shuō)明t₁min時(shí)反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，反應(yīng)前后氣體的體積不變，利用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算700℃時(shí)平衡常數(shù)，比較不同溫度下的平衡常數(shù)大小判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)；
（2）氯堿工業(yè)中電解飽和食鹽水制備氫氣，電解飽和食鹽水生成氫氧化鈉、氫氣和氯氣；
（3）HI分解是可逆反應(yīng)，分離出氫氣有利于平衡正向移動(dòng)；
（4）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
（5）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，CO₂被還原生成CO，總反應(yīng)式減去陽(yáng)極反應(yīng)式得陰極反應(yīng)式．

解答 解：（1）保持其他條件不變，向平衡體系中再通入0.20molH₂O，與原平衡相比，平衡向右移動(dòng)，達(dá)到新平衡時(shí)CO轉(zhuǎn)化率增大，H₂O轉(zhuǎn)化率減小，H₂O的體積分?jǐn)?shù)會(huì)增大；
t₁min時(shí)n（CO）=0.8mol，n（H₂O）=0.6mol-0.4mol=0.2mol，t₂min時(shí)n（H₂O）=0.2mol，說(shuō)明t₁min時(shí)反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)n（CO）=0.8mol，n（H₂O）=0.2mol，n（CO₂）=c（H₂）=△n（CO）=1.2mol-0.8mol=0.4mol，反應(yīng)前后氣體的體積不變，利用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算700℃時(shí)平衡常數(shù)，則k=$\frac{0.4×0.4}{0.8×0.2}$=1，溫度升至800℃，上述反應(yīng)平衡常數(shù)為0.64，說(shuō)明溫度升高，平衡是向左移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
CO與H₂O按物質(zhì)的量比1：1反應(yīng)，充入0.60 mol CO和1.20 mol H₂O與充入1.20 mol CO和0.6mol H₂O，平衡時(shí)生成物的濃度對(duì)應(yīng)相同，t₁min時(shí)n（CO）=0.8mol，n（H₂O）=0.6mol-0.4mol=0.2mol，t₂min時(shí)n（H₂O）=0.2mol，說(shuō)明t₁min時(shí)反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，根據(jù)化學(xué)方程式可知，則生成的n（CO₂）=0.40mol；
故答案為：增大； 增大； 放熱； 0.40 mol；
（2）氯堿工業(yè)中電解飽和食鹽水制備氫氣，電解飽和食鹽水生成氫氧化鈉、氫氣和氯氣，反應(yīng)的離子方程式為：2Cl^-+2H₂O $\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；
故答案為：2Cl^-+2H₂O $\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；
（3）HI分解為可逆反應(yīng)，及時(shí)分離出產(chǎn)物H₂，有利于反應(yīng)正向進(jìn)行；
故答案為：減小氫氣的濃度，使HI分解平衡正向移動(dòng)，提高HI的分解率；
（4）①C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），△H=a kJ•mol^-1
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），△H=b kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算①-②得到：C（s）+CO₂（g）=2CO（g），△H=（a-b）kJ•mol^-1；
故答案為：（a-b）kJ•mol^-1；
（5）總反應(yīng)式為2CO₂=2CO+O₂，陽(yáng)極反應(yīng)為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，總反應(yīng)式減去陽(yáng)極反應(yīng)式得陰極反應(yīng)式，所以陰極反應(yīng)為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-，
故答案為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡及平衡常數(shù)等計(jì)算，電解原理分析，熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算應(yīng)用，注意數(shù)據(jù)的規(guī)律分析利用，掌握基礎(chǔ)是哦關(guān)鍵，題目難度中等．