Question

15．氢气是清洁的能源，也是重要的化工原料，有关氢气的制取研究是一个有趣的课题．根据提供两种制氢方法，完成下列各题：
（1）方法一：H₂S热分解法，反应式为：2H₂S（g）?2H₂（g）+S₂（g）△H 在恒容密闭容器中，控制不同温度进行H₂S的分解实验．H₂S的起始浓度均为c mol•L^-1．不同温度下反应相同时间t后，测得如图所示H₂S转化率曲线图．其中a为平衡转化率与温度关系曲线，b为未达到平衡时转化率与温度的关系曲线．
①△H＞0（“＞”、“＜”或“=”），
②若985℃时，反应经t min达到平衡，此时H₂S的转化率为40%，则tmin内反应速率v（H₂）=$\frac{0.4c}{t}$mol/（L•min）（用含c、t的代数式表示）．
③请说明随温度的升高，曲线b向曲线a逼近的原因：温度的升高，反应速率加快，达到平衡所需时间缩短．
（2）方法二：以CaO为吸收体，将生物材质（以C计）与水蒸气反应制取H₂．反应装置由气化炉和燃烧炉两个反应器组成，相关反应如下表所示：

流程1：气化炉中产生H2	流程2：燃烧炉中CaO再生
通入水蒸气，主要化学反应： I：C（s）+H2O（g）?CO（g）+H2（g） K1 II：CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g） K2 III：CaO（s）+CO2（g）?CaCO3（s） K3	通入纯氧，主要化学反应： IV：C（s）+O2（g）=CO2（g）△H=-393.8kJ•mol-1 V：CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g）

①反应C（s）+2H₂O（g）+CaO（s）?CaCO₃（s）+2H₂（g）K=K₁•K₂•K₃．（用K₁、K₂、K₃表示）
②对于可逆反应C（s）+2H₂O（g）+CaO（s）?CaCO₃（s）+2H₂（g），△H=-87.9kJ•mol^-1；采取以下措施可以提高H₂产量的是AC．（填字母编号）
A．降低体系的温度                B．使各气体组分浓度均加倍
C．适当增加水蒸气的通入量        D．增加CaO的量，提高CO₂的吸收率
（3）方法二与方法一相比其优点有实现了吸收剂CaO的循环，降低能耗（写一个即可）．

Answer 1

分析 （1）①升高温度，化学平衡向着吸热方向进行，据此判断；
②若985℃时，反应经t min达到平衡，此时H₂S的转化率为40%，
    2H₂S（g）→2H₂（g）+S₂（g）
开始：c       0         0
转化：0.4c     0.4c      0.2c
平衡：0.6c     0.4c      0.2c
根据v=$\frac{△c}{△t}$进行计算；
③温度的升高，反应速率加快，使曲线b向曲线a逼近；
（2）①反应I、II、III之和为反应C（s）+2H₂O（g）+CaO（s）═CaCO₃（s）+2H₂（g），据此分析；
②提高H₂产量，则需使平衡正向移动，根据影响平衡的因素分析；
（3）方法二CaO能循环使用，据此分析．

解答 解：（1）①根据图示内容知道，随着温度的升高，硫化氢的转化率逐渐增大，所以化学平衡正向移动，即化学反应是吸热的，则△H＞0，故答案为：＞；
②若985℃时，反应经t min达到平衡，此时H₂S的转化率为40%，
    2H₂S（g）→2H₂（g）+S₂（g）
开始：c        0         0
转化：0.4c     0.4c      0.2c
平衡：0.6c     0.4c      0.2c
根据v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.4c}{t}$mol/（L•min），故答案为：$\frac{0.4c}{t}$mol/（L•min）；
③温度的升高，反应速率加快，使曲线b向曲线a逼近，故答案为：温度的升高，反应速率加快，达到平衡所需时间缩短；
（2）①已知：I：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g） K₁
Ⅱ：CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）K₂
Ⅲ：CaO（s）+CO₂（g）═CaCO₃（s）K₃
反应I、II、III之和为反应C（s）+2H₂O（g）+CaO（s）═CaCO₃（s）+2H₂（g），则K=K₁•K₂•K₃；
故答案为：K₁•K₂•K₃；
②提高H₂产量，则需使平衡正向移动，已知C（s）+2H₂O（g）+CaO（s）?CaCO₃（s）+2H₂（g），△H=-87.9kJ•mol^-1；
A．该反应为放热反应，降低体系的温度，平衡正移，则能提高H₂产量，故A正确；
B．该反应前后气体体积不变，使各气体组分浓度均加倍，则压强增大，平衡不移动，所以H₂产量不变，故B错误；
C．适当增加水蒸气的通入量，平衡正移，则能提高H₂产量，故C正确；
D．增加CaO的量，对平衡无影响，所以H₂产量不变，故D错误；
故答案为：AC；
（3）方法二中实现了吸收剂CaO的循环，降低能耗，降低了生产成本，故答案为：实现了吸收剂CaO的循环，降低能耗．

点评 本题考查反应热的判断、反应速率的计算、化学平衡图象与影响因素等，难度中等，注意把握图象中坐标的含义，充分利用图象中的信息，题目综合性强，侧重于考查学生对所学知识的应用能力．