Question

氢能是一种极具发展潜力的清洁能源。

（1）氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点．

已知：①CH₄的燃烧热为890KJ·mol^-1； ②H₂的热值为50.2kJ·g^－1

则甲烷部分氧化生成CO₂和H₂的热化学方程式为___________________________________；该反应自发进行的条件是___________。

（2）Bodensteins研究了如下反应：2HI（g）H₂（g）+I₂（g）△H=+11kJ/mol在716K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表：

t/min	0	20	40	60	80	120
X(HI)	1.00	0.910	0.850	0.815	0.795	0.784
X(HI)	0.00	0.600	0.730	0.773	0.780	0.784

①根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为：___________。

②上述反应中，正反应速率为v_正=k_正x²(HI)，逆反应速率为v_逆=k_逆x(H₂)x(I₂)，其中k_正、k_逆为速率常数，若k_正=9.00min^-1，在t=20min时，v_逆=__________min^-1（保留三位有效数字）

③由上述实验数据计算得到v_正～x(HI)和v_逆～x(H₂)的关系可用下图表示。在上述平衡基础上，缓慢升高到某一温度，反应重新达到平衡，请在下图中画出此过程的趋势图。______________

（3）一种可超快充电的新型铝电池，充放电时AlCl₄^-和Al₂Cl₇^-两种离子在Al电极上相互转化，其它离子不参与电极反应，放电时负极Al的电极反应式为______________________。

Answer

CH4（g）+O2（g）=CO2（g）+2H2（g） △H3=-689.2KJ·mol-1 任意条件均自发 K=0.1082/0.7842 0.960或19.0 Al－3e－＋7 AlCl4—==4 Al2Cl7—

【解析】（1）CH4燃烧的热化学方程式：①CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(l), ∆H=-890KJ·mol-1，H2的热值为50.2kJ·g－1，反应热为100.4KJ·mol-1，热化学方程式：②H2（g）+1/2O2(g)== H2O(l), ∆H=-100.4KJ·mol-1；根据盖斯定律：①-②×2，得CH4（g）+O2（g）=CO2（g）+2H2（g） △H3=-689.2KJ·mol-1；该反应为∆H<0，∆S>0，任意条件均自发进行反应；正确答案：CH4（g）+O2（g）=CO2（g）+2H2（g） △H3=-689.2KJ·mol-1 ；7任意条件均自发。

（2）(1)2HI(g)H2(g)＋I2(g)是反应前后气体物质的量不变的反应；反应后x(HI)＝0.784，则x(H2)＝x(I2)＝0.108，K＝＝＝；正确答案：K=0.1082/0.7842 。

(2)到达平衡时，v正＝v逆，即k正x2(HI)＝k逆x(H2)x(I2)，k逆＝k正·＝k正/K，在t＝20 min时，x(H2)= x(I2)＝0.045，根据K= k正×k逆，已知k正=9.00min-1，所以k逆= k正/K=9/(0.1082÷0.7842)=473.6，v逆=k逆x(H2)x(I2)= 473.6×(0.045)2=0.96；正确答 案：0.960或19.0。

(3)原平衡时，x(HI)为0.784，x(H2)为0.108，二者图中纵坐标均约为1.6(因为平衡时v正＝v逆)，升高温度，正、逆反应速率均加快，对应两点在1.6上面，该反应2HI（g）H2（g）+I2（g）△H=+11kJ/mol，升高温度，平衡向正反应方向移动，x(HI)减小，x(H2)增大，据此可以画出图像变化，图像如下：正确答案：

（3）放电时为原电池，金属铝做负极被氧化，根据电子守恒和电荷守恒规律，该极反应为：Al－3e－＋7 AlCl4—==4 Al2Cl7—；正确答案：Al－3e－＋7 AlCl4—==4 Al2Cl7—。