Question

氢气是一种理想的“绿色能源”，对废气进行脱碳处理可实现绿色环保、废物利用；利用氢能需要选择合适的储氢材料。目前正在研究和使用的储氢材料有镁系合金、稀土系合金等。

Ⅰ．脱碳：向2L密闭容器中加入2mol CO₂、6mol H₂，在适当的催化剂作用下，发生反应：

CO₂(g)+3H₂(g) CH₃OH(l)+H₂O(l)

①该反应自发进行的条件是    （填“低温”、“高温”或“任意温度”）

②下列叙述不能说明此反应达到平衡状态的是    。

A．混合气体的平均式量保持不变      B．CO₂和H₂的体积分数保持不变

C．CO₂和H₂的转化率相等           D．混合气体的密度保持不变

e.1mol CO₂参加反应的同时有3mol H-H键生成

③CO₂的浓度随时间（0～t₂）变化如下图所示，在t₂时将容器容积缩小一倍，t₃时达到平衡，t₄时降低温度，t₅时达到平衡，请画出t₂～t₆  CO₂的浓度随时间的变化。

Ⅱ．

（2）储氢材料Mg(AlH₄)₂在110～200℃的反应为：Mg(AlH₄)₂==MgH₂+2Al+3H₂↑。

反应中每转移3mol电子时，产生的H₂在标准状况下的体积为__________L。

（3）镧镍合金在一定条件下可吸收氢气形成氢化物：LaNi₅(s)+3H₂(g) LaNi₅H₆(s) △H<0，欲使LaNi₅H₆(s)释放出气态氢，根据平衡移动原理，可改变的条件是_______(填字母编号)。

a．增加LaNi₅H₆(s)的量     b．升高温度    c．减小压强   d．使用催化剂

（4）储氢还可借助有机物，如利用环己烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢：

①某温度下，向恒容密闭容器中加入环己烷，起始浓度为amol·L^-1，平衡时苯的浓度为b mol·L^-1，该反应的平衡常数K=____________(用含a、b的代数式表示)。

②一定条件下，下图装置可实现有机物的电化学储氢(忽略其它有机物)。

A是电源的______极(填“正”或“负”)；电解过程中产生的气体F为_____(填化学式)：电极D上发生的电极反应为__________________。

Answer

Ⅰ．①低温② abc③图像（共3分）t2起点，t3 到t4终点，t4以后符合变化趋势即可

（图中t3 到t4终点平衡线在0.5的线上，偏离大不给分，t4以后在0.5线以下，但不能到横坐标线上且有平衡线段，否则不给分）

Ⅱ．（1）＋84.6；（2）33.6；（3）bc；（4）①mol3·L－3 ；②负； O2；C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12。

【解析】

试题分析：Ⅰ．①该反应的△S<0，所以若反应自发进行，则△H<0，因此反应自发进行的条件是低温自发； ② A．该体系中的气体只有二氧化碳和氢气，且二者的起始物质的量之比等于化学方程式中的化学计量数之比，所以混合气体的平均式量始终不变，不能判断为平衡状态，错误；B．二氧化碳与氢气始终是1：3的关系，所以CO2和H2的体积分数保持不变的状态不是平衡状态，错误；C．二氧化碳与氢气的起始物质的量之比等于化学方程式中的化学计量数之比，所以二者的转化率一定相等，与是否达到平衡状态无关，错误；D．因为该体系中有液体参加，所以气体的质量在逐渐减少，则气体的密度减小，达平衡时，保持不变，正确；e.1mol CO2参加反应的同时有3mol H-H键生成，符合正逆反应速率相等，是平衡状态，答案是选项abc；③在t2时将容器容积缩小一倍，二氧化碳的浓度瞬间增大到1mol/L，则压强增大，平衡正向移动， t3时达到平衡，达到的平衡与原平衡相同，浓度仍是0.5mol/L；该反应是放热反应，t4时降低温度，则平衡正向移动，t5时达到平衡，则二氧化碳的浓度将小于0.5mol/L，对应的图像是。II.(1)根据盖斯定律可得，该反应的△H=—△H1+△H2=＋84.6kJ•mol-1。（2）根据反应Mg(AlH4)2==MgH2+2Al+3H2↑中H元素或Al元素化合价的变化，可知对应关系为：H2 ～ 2e-，所以V（H2）=1/2n(e-)×22.4L/mol=33.6L。（3）A．增加固体的量，对化学平衡无影响，错误；B．该反应的正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，释放出的H2增多，正确；C．减小压强，平衡向气体系数增大的方向移动，即向左移动，释放出的H2增多，正确；D．使用催化剂，对化学平衡无影响，错误。（4）①根据三段式进行计算：

初始浓度（mol•L-1） a 0 0

转化浓度（mol•L-1） b b 3b

平衡浓度（mol•L-1） a—b b 3b

则平衡常数K=b•(3b)3/(a-b)= mol3·L－3

②根据电解装置示意图，左侧苯与H+得电子生成了环己烷，惰性电极D为阴极，所以A为电源的负极；阳极上发生OH-失电子反应，生成O2，所以气体F为O2；电极D发生苯与H+得电子生成环己烷的反应，根据化合价的变化配平可得电极方程式为：C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12。

考点：考查反应的自发性、化学反应速率、化学平衡及原电池、电解池的有关知识。