Question

氫氣是一種清潔能源，可以通過多種方法制得．
（1）工業(yè)上用水煤氣法制氫氣，有關化學方程式是：
反應一：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H＞0
反應二：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0
①若反應一在t℃時達到化學平衡狀態(tài)，則此溫度下該反應的平衡常數(shù)表達式K=

c(CO)c(H2)

c(H2O)

；
②在427℃時將CO 和H₂O（g）各0.01mol通入體積為2升的密閉容器中反應，5分鐘時達到平衡狀態(tài)，該反應的平衡常數(shù)是9，則CO的轉化率是

75%

，用CO的濃度變化表示的反應率速v（CO）是

7.5×10^-4

mol/（L?min）．
（2）利用電解飽和食鹽水也可制得氫氣，圖為電解食鹽水的示意圖：請回答：
①C₁電極是

陽

極（填“陰”或“陽”），C₂電極的電極反應式是

2H⁺+2e^-=H₂↑

．
②該電解反應的離子方程式是

2Cl^-+2H₂O=Cl₂↑+H₂↑+2OH^-

，
（3）通過下列方法也可以得到氫氣．
已知：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ?mol^-1
CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=-247.4kJ?mol^-1
1molCH₄（g）與H₂O（g）反應生成CO₂（g）和H₂（g）的反應熱是

+659.8

kJ?mol^-1．

Answer 1

分析：（1）①依據(jù)化學方程式和平衡常數(shù)概念分析判斷；
②依據(jù)化學平衡三段式列式計算，結合轉化率、反應速率概念計算得到；
（2）①分析裝置圖可知C₁為陽極溶液中氯離子失電子生成氯氣，C₂為陰極溶液中氫離子得到電子生成氫氣；
②依據(jù)電解原理分析判斷反應產(chǎn)物，電解飽和食鹽水是氯化鈉和水反應生成氯氣和氫氣和氫氧化鈉；
（3）陽極熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式分析判斷．

解答：解：（1）①C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），注意碳為固體，由反應的化學方程式可知平衡常數(shù)表達式K=

c(CO)c(H2)

c(H2O)

，
故答案為：

c(CO)c(H2)

c(H2O)

；
②在427℃時將CO 和H₂O（g）各0.01mol通入體積為2升的密閉容器中反應，5分鐘時達到平衡狀態(tài)，該反應的平衡常數(shù)是9，設CO的轉化率是x依據(jù)三段式列式得到：
              CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol） 0.01     0.01        0       0
變化量（mol） 0.01x    0.01x       0.01x    0.01x
平衡量（mol）0.01-0.01x  0.01-0.01x  0.01x   0.01x
K=

(0.01x)2

(0.01-0.01x)2

=9
x=0.75=75%；
用CO的濃度變化表示的反應率速v（CO）=

0.01×0.75mol 2L

5min

=7.5×10^-4 mol/L?min；
故答案為：75%；7.5×10^-4 ；
（2）①分析裝置圖可知，陽離子移向C₂電極為陰極，C₁為陽極溶液中氯離子失電子生成氯氣，電極反應為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，C₂為陰極溶液中氫離子得到電子生成氫氣，電極反應為：2H⁺+2e^-=H₂↑，
故答案為：陽；2H⁺+2e^-=H₂↑；
②C₁為陽極溶液中氯離子失電子生成氯氣，電極反應為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，C₂為陰極溶液中氫離子得到電子生成氫氣，電極反應為：2H⁺+2e^-=H₂↑；
電池反應的離子方程式為：2Cl^-+2H₂O=

通電  .

Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；
故答案為：2Cl^-+2H₂O=

通電  .

Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；
（3）①CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ?mol^-1
②CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=-247.4kJ?mol^-1
1molCH₄（g）與H₂O（g）反應生成CO₂（g）和H₂（g）的反應依據(jù)蓋斯定律①×2-②得到：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+659.8kJ?mol^-1，
反應熱是+659.88kJ?mol^-，
故答案為：+659.8．

點評：本題考查了化學平衡的計算中平衡常數(shù)、轉化率、反應速率概念計算應用，電解原理分析，電極反應判斷，熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，題目難度中等．