Question

(一) 十氢萘是具有高储氢密度的氢能载体，经历“十氢萘（C₁₀H₁₈）→四氢萘（C₁₀H₁₂）→萘（C₁₀H₈）”的脱氢过程释放氢气。已知：

C₁₀H₁₈(l)C₁₀H₁₂(l)＋3H₂(g)    △H₁

C₁₀H₁₂(l)C₁₀H₈(l)＋2H₂(g)     △H₂

△H₁＞△H₂＞0；C₁₀H₁₈→C₁₀H₁₂的活化能为Ea₁，C₁₀H₁₂→C₁₀H₈的活化能为Ea₂，十氢萘的常压沸点为192℃；在192℃，液态十氢萘的脱氢反应的平衡转化率约为9％。请回答：

（1）有利于提高上述反应平衡转化率的条件是_______________。

A．高温高压        B．低温低压            C．高温低压            D．低温高压

（2）研究表明，将适量十氢萘置于恒容密闭反应器中，升高温度带来高压，该条件下也可显著释氢，理由是_____________________________________________________。

（3）温度335℃，在恒容密闭反应器中进行高压液态十氢萘（1.00 mol）催化脱氢实验，测得C₁₀H₁₂和C₁₀H₈的产率x₁和x₂（以物质的量分数计）随时间变化关系，如图1所示。

  

①在8 h时，反应体系内氢气的量为___________________mol（忽略其他副反应）。

②x₁显著低于x₂的原因是____________________________。

③在图2中绘制“C₁₀H₁₈→C₁₀H₁₂→C₁₀H₈”的“能量～反应过程”示意图____。

(二) 科学家发现，以H₂O和N₂为原料，熔融NaOH－KOH为电解质，纳米Fe₂O₃作催化剂，在250℃和常压下可实现电化学合成氨。

阴极区发生的变化可视为按两步进行，请补充完整。

电极反应式：______________________________和2Fe＋3H₂O＋N₂＝2NH₃＋Fe₂O₃。

Answer

C 温度升高，加快反应速率；温度升高使平衡正移的作用大于压强增大使平衡逆移的作用。 1.95 催化剂显著降低了C10H12→C10H8的活化能，反应生成的C10H12快速转化为C10H8 Fe2O3＋6e－＋3H2O＝2Fe＋6OH―

【解析】Ⅰ．(1)C10H18(l)C10H12(l)＋3H2(g) △H1，C10H12(l)C10H8(l)＋2H2(g) △H2，△H1＞△H2＞0；均为吸热反应，且都属于气体的物质的量增大的反应。

A．升高温度，平衡正向移动，平衡转化率增大，但增大压强，平衡逆向移动，平衡转化率减小，故A错误；B．降低温度，平衡逆向移动，平衡转化率减小，故B错误；C．升高温度，平衡正向移动，平衡转化率增大，减小压强，平衡正向移动，平衡转化率增大，故C正确；D．降低温度，平衡逆向移动，平衡转化率减小，故D错误；故选C；

(2)总反应为该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，平衡转化率增大，平衡常数增大，当温度达到192℃时，十氢萘气化，浓度增大，平衡正向移动，生成氢气量显著增加，故答案为：反应吸热，温度升高，平衡正向移动。与此同时，温度升高导致十氢萘气化，浓度增大，平衡正向移动，生成氢气量显著增加；

(3)①温度335℃，在8 h时，十氢萘为1.00 mol，测得C10H12和C10H8的产率x1=0.027，x2=0.374，即生成C10H12和C10H8的物质的量分别为0.027mol，0.374mol，设反应的C10H18的物质的量为a，反应C10H12的物质的量为b，根据反应

C10H18(l)C10H12(l)＋3H2(g)

1 1 3

a a 3a

C10H12(l)C10H8(l)＋2H2(g)，

1 1 2

b b 2b

则a-b=0.027，b=0.374，则a=0.401，因此生成的氢气的物质的量分数为3a+2b=3×0.401+2×0.374=1.951，则氢气的量为1.951mol，故答案为：1.951；

②反应2的活化能比反应1小，相同温度下反应2更快，所以相同时间内，生成的四氢萘大部分都转化为萘，故x1显著低于x2，故答案为：反应2的活化能比反应1小，相同温度下反应2更快，所以相同时间内，生成的四氢萘大部分都转化为萘，故x1显著低于x2；

③C10H18(l)C10H12(l)＋3H2(g) △H1，C10H12(l)C10H8(l)＋2H2(g) △H2，△H1＞△H2＞0；上述反应均为吸热反应，生成物的总能量大于反应物，“C10H18→C10H12→C10H8”的“能量～反应过程” 示意图为，故答案为：；

Ⅱ．(4)以H2O和N2为原料，熔融NaOH－KOH为电解质，纳米Fe2O3作催化剂，在250℃和常压下可实现电化学合成氨。阴极区发生还原反应，根据其中一个反应2Fe＋3H2O＋N2＝Fe2O3＋2NH3，可知，Fe2O3作催化剂，首先转化为铁，因此电极反应式为Fe2O3+6e-+3H2O=2Fe+6OH-，故答案为：Fe2O3+6e-+3H2O=2Fe+6OH-。