Question

（I）某化学家根据“原子经济”的思想，设计了如下制备H₂的反应步骤：
①CaBr₂+H₂OCaO+2HBr    ②2HBr+HgHgBr₂+H₂
③HgBr₂+__________ +          ④2HgO2Hg+O₂↑
请你根据“原子经济”的思想完成上述步骤③的化学方程式：________         _。
根据“绿色化学”的思想评估该方法制H₂的主要缺点：________             __。
（II）氢气常用生产水煤气的方法制得。CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g) △H＜0
在850℃时，K=1。
（1）若升高温度到950℃时，达到平衡时K______1（填“大于”、“小于”或“等于”）
（2）850℃时，若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0molCO、3.0molH₂O、1.0molCO₂和x mol H₂，则：
①当x = 5.0时，上述平衡向___________（填正反应或逆反应）方向进行。
②若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足的条件是__________。
（3）在850℃时，若x="5.0" mol，其它物质的投料不变，当上述反应达到平衡后，求H₂的体积分数（计算结果保留两位有效数字）。

Answer 1

（16分）  
（I）HgBr₂+CaOHgO+CaBr₂（3分） 
循环过程需要很高的能量，且使用重金属汞，会产生污染（3分）
（II）（1）小于（2分） （2） ①逆反应 （1分） ② 0≤x＜3 （2分）
（3）解：设到达平衡时，H₂或CO₂减少amol，则CO、H₂O增加amol，则：
CO(g)+H₂O(g)  CO₂(g)+H₂(g)
初始物质的量/mol      1.0     3.0        1.0     5.0
变化物质的量/mol       a      a         a       a
平衡物质的量/mol     1.0+a     3.0+a    1.0－a   5.0－a    （2分）
K==1，解得a=0.20             （1分）
平衡时H₂的体积分数=×100% = 48%      （2分）

试题分析：（I）依题意，①的生成物是②的反应物，②的生成物是③的反应物，③的生成物是④的反应物，④的反应物是HgO，则③的生成物是HgO，根据质量守恒定律可知，③的另一种反应物和生成物分别是CaO、CaBr₂；（①+②+③）×2+④可得：2H₂O=2H₂↑+O₂↑；上述4个反应都需要加热，因此消耗很多的能量才能循环制氢；上述过程中使用Hg、可溶性汞盐，它们属于重金属或重金属盐，则制氢过程能产生污染；II．（1）△H＜0，说明正反应是放热反应；其它条件不变时，升高温度平衡向吸热反应方向移动，即850℃变为950℃时，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，则K<1；（2）①依题意，起始时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值为（1.0×5.0）/(1.0×3.0)=5/3，大于该温度下的平衡常数，说明起始时反应从逆反应方向开始进行，使生成物浓度减小、反应物浓度增大，当生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值为1时，达到850℃时的化学平衡；②若起始时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值小于1，即（1.0×x）/(1.0×3.0)<1，则0≤x<3.0；（3）设到达平衡时，H₂或CO₂减少amol，则CO、H₂O增加amol，则：
CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)
初始物质的量/mol      1.0     3.0       1.0     5.0
变化物质的量/mol       a      a         a       a
平衡物质的量/mol     1.0+a     3.0+a   1.0－a   5.0－a
K==1，解得a=0.20
平衡时H₂的体积分数=×100% = 48%。