Question

4．氢是一种重要的非金属元素．氢的单质及其化合物在科学研究和工业生产中有着广泛而重要的作用．
（1）NaH是一种生氢剂，NaH与H₂O反应放出H₂．NaH含有的化学键为离子键（填“离子键”或“共价键”），NaH与H₂O反应的化学方程式为NaH+H₂O=NaOH+H₂↑．
（2）写出实验室用锌与稀硫酸反应制取H₂的离子方程式：Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑．图中三根曲线表示锌、铝、铁分别与稀硫酸反应时金属质量与H₂体积的关系，其中能表示铝的是c（填“a”“b”或“c”）．
（3）金属-有机框架物（MOFs）储氢材料是由金属氧化物团簇通过有机高分子链组装形成的晶态材料．MOFs储氢材料比表面积大，空隙率高，储氢容量大，其储氢和放氢的原理可表示为MOFs（s）+nH₂（g）$?_{放氢}^{储氢}$（H₂）_nMOFs（s），△H＜0，则储氢时的适宜条件为B（填字母）．
A．低温低压　  　B．低温高压    C．高温低压    D．高温高压
（4）某硝酸厂处理尾气中的NO的方法是用H₂将NO还原为N₂．已知：

H₂还原NO生成氮气和水蒸气的热化学方程式是2NO（g）+2H₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-665kJ•mol^-1．
（5）一定条件下，用H₂将二氧化碳转化为甲烷的反应如下：CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）
向一容积为2L的恒容密闭容器中充入一定量的CO₂和H₂，在300℃时发生上述反应，10min后达到平衡时各物质的浓度分别为：CO₂为0.2mol•L^-1，H₂为0.8mol•L^-1，CH₄为0.8mol•L^-1，H₂O为1.6mol•L^-1．
①0～10min内v（H₂）=0.32mol•L^-1•min^-1．
②300℃时上述反应的平衡常数K=25，若200℃时该反应的平衡常数K=64.8，则该反应的△H＜（填“＞”或“＜”）0．

Answer 1

分析 （1）NaH是一种生氢剂属于离子化合物，NaH与H₂O反应放出H₂．是氢元素发生的归中反应；
（2）实验室用锌与稀硫酸反应制取H₂，发生置换反应生成硫酸锌和氢气，依据氧化还原反应电子守恒分析，同质量的金属，摩尔电子质量越小，生成氢气越多；
（3）储氢过程是气体体积减小的放热反应，结合化学平衡移动原理分析判断需要合适的条件；
（4）根据能量变化图，则反应断键共吸收2×630+2×436=2132kJ，形成共放出945+4×463=2797kJ，所以该反应共放出2797-2132=665kJ的热量，据此书写；
（5）据化学平衡三段式列式计算，
平衡状态c（H₂）=c（CH₄）=0.8mol/L，c（CO₂）=0.2mol/L；
               CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）
起始量（mol/L） 1.0      4.0       0        0
变化量（mol/L） 0.8      3.2       0.8      1.6
平衡量（mol/L） 0.2      0.8       0.8      1.6
①反应速率V=$\frac{△c}{△t}$计算；
②根据平衡常数为生成物浓度的幂次方之积比上反应物浓度的幂次方之积书写；比较300℃与200℃时的平衡常数K的值判断反应的△H；

解答 解：（1）NaH是一种生氢剂属于离子化合物，NaH含有的化学键为离子键，NaH与H₂O反应放出H₂发生氧化还原反应反应的化学方程式为：NaH+H₂O=NaOH+H₂↑；
故答案为：离子键，NaH+H₂O=NaOH+H₂↑；
（2）实验室用锌与稀硫酸反应制取H₂，发生置换反应生成硫酸锌和氢气，反应的离子方程式为：Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑，依据氧化还原反应电子守恒分析，同质量的金属，摩尔电子质量越小，生成氢气越多，锌、铝、铁分别与稀硫酸反应时金属质量与H₂体积的关系可知，同质量的金属生成氢气越多的，其摩尔电子质量越小，摩尔电子质量分别为：Zn为32.5g/mol，Al为9g/mol，Mg为12/mol，所以同质量的金属铝生成氢气最多，图象中c符合；
故答案为：Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑，c；
（3）其储氢和放氢的原理可表示为MOFs（s）+nH₂（g）$?_{放氢}^{储氢}$（H₂）_nMOFs（s），△H＜0，储氢过程是气体体积减小的放热反应，平衡正向进行，需要的条件为低温高压；
故答案为：B；
（4）根据能量变化图，则反应断键共吸收2×630+2×436=2132kJ，形成共放出945+4×463=2797kJ，所以该反应共放出2797-2132=665kJ的热量，热化学方程式为：2NO（g）+2H₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-665kJ•moL^-1；
故答案为：2NO（g）+2H₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-665kJ•moL^-1；
（5）平衡状态c（H₂）=c（CH₄）=0.8mol/L，c（CO₂）=0.2mol/L；
               CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）
起始量（mol/L） 1.0      4.0       0        0
变化量（mol/L） 0.8      3.2       0.8      1.6
平衡量（mol/L） 0.2      0.8       0.8      1.6
①0～10min内v（H₂）=$\frac{3.2mol/L}{10min}$=0.32mol/L•min；
故答案为：0.32mol/L•min；
②反应的平衡常数表达式K=$\frac{c（{H}_{2}O）{c}^{2}（C{H}_{4}）}{c（C{O}_{2}）{c}^{4}（{H}_{2}）}$=$\frac{1．{6}^{2}×0.8}{0.2×0．{8}^{4}}$=25，因为200℃时该反应的平衡常数K=64.8，所以升温K变小，平衡向逆反应方向移动，所以△H＜0；
故答案为：25，＜．

点评 本题考查了热化学方程式定量计算，化学方程式三段式计算应用，氧化还原反应的理解应用，掌握基础是关键，题目难度中等．