Question

【题目】氢能是理想的清洁能源，资源丰富。以太阳能为热源分解Fe3O4，经由热化学铁氧化合物循环分解水制H2的过程如下:

（1）过程I :2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g) △H=+313.2 kJ/mol

①过程I需要将O2不断分离出去，目的是______________。

②一定温度下，在容积可变的密闭容器中，该反应已达到平衡。下列说法正确的是____(填字母标号) 。

a.容器内气体密度和相对分子质量都不再改变

b.升高温度，容器内气体密度变大

c.向容器中通入N2，Fe3O4 转化率不变

d.缩小容器容积，O2(g)浓度变大

③在压强p1下，Fe3O4的平衡转化率随温度变化的曲线如图甲所示。若将压强由p1增大到p2在图甲中画出p2的α(Fe3O4)~T 曲线示意图。___________

（2）已知H2的燃烧热是285.8kJ/mol，则液态水通过过程II转化的热化学方程式为______。

（3）其他条件不变时，过程II在不同温度下，H2O的转化率随时间的变化α(H2O)~t曲线如图乙所示，温度T1、T2、T3由大到小的关系是_________，判断依据是_________。

（4）科研人员研制出透氧膜(OTM)，它允许电子和O2-同时透过，可实现水连续分解制H2，工作时CO、H2O分别在透氧膜的两侧反应。工作原理如图所示:

CO 在________侧反应(填“a”或“b”)，另一侧的电极反应式为______________。

Answer 1

【答案】提高Fe3O4的转化率 ab 3FeO(s)+ H2O(l)=H2(g)+ Fe3O4(s) △H =+129.2kJ/mol Tl>T2>T3 其他条件相同时，图像斜率Tl>T2>T3,即反应速率Tl>T2>T3，而温度越高，反应速率越快，所以Tl>T2>T3 b H2O+2e-=H2+O2-

【解析】

(1)过程Ⅰ：2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g)△H=+313.18kJmol-1。

①将O2分离出去，平衡正向移动，目的是提高Fe3O4的转化率，故答案为：提高Fe3O4的转化率；

②a.容器内只有氧气，温度不变，平衡常数不变，氧气的浓度不变，则平衡时气体密度和相对分子质量不变，正确；b.正反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，平衡常数增大，氧气的浓度增大，相当于体积减小，容器内气体密度变大，正确；c.向容器中通入N2，容器的体积增大，氧气的浓度减小，平衡正向移动，Fe3O4转化率增大，错误；d.温度不变，平衡常数不变，缩小容器容积，O2(g)浓度不变，错误；故选ab；

③压强增大，平衡向气体系数减小的方向移动，平衡逆向移动，Fe3O4的转化率降低，所以图像为：，故答案为：；

(2)由图可知：过程Ⅱ的化学方程式是氧化亚铁与水反应生成四氧化三铁和氢气，所以反应方程式为：3FeO+H2OFe3O4+H2，过程Ⅰ：①2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g)△H=+313.18kJmol-1，H2的燃烧热是285.8kJ/mol，即②H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H=—285.8kJ/mol，根据盖斯定律，将(①×+②)×-1得：3FeO(s)+H2O(l)=H2(g)+Fe3O4(s) △H=+129.2kJ/mol，故答案为：3FeO(s)+H2O(l)=H2(g)+Fe3O4(s) △H=+129.2kJ/mol；

(3)T1＞T2＞T3；初始压强相同，浓度相同，图像斜率T1＞T2＞T3，温度越高，反应速率越大，则说明T1＞T2＞T3，故答案为：T1＞T2＞T3；其他条件相同时，图像斜率Tl>T2>T3,即反应速率Tl>T2>T3，而温度越高，反应速率越快，所以Tl>T2>T3；

(4)本实验利用水制取氢气，H2O得电子生成H2和O2-，O2-通过OTM进入b侧，所以H2O在a侧，CO在b侧反应，a侧的电极反应式为H2O+2e-=H2+O2-，故答案为：b；H2O+2e-=H2+O2-。