Question

【題目】氫氣因熱值高、來源廣、產(chǎn)物無污染，常被人們看做一種理想的“綠色能源”，氫氣的制取是氫能源利用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

（1）H2O的熱分解可得到H2，高溫下水分解體系中主要?dú)怏w的體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖1所示。圖1中曲線A對應(yīng)的物質(zhì)是______________。

（2）圖2為用電解法制備H2，寫出陽極的電極反應(yīng)式：________________。

（3）從可持續(xù)發(fā)展考慮，太陽能光解水制氫是獲取H2的最好途徑，但迄今仍然存在諸多問題，如光催化劑大多僅在紫外光區(qū)穩(wěn)定有效，能夠在可見光區(qū)使用的光催化劑不但催化活性低，而且?guī)缀醵即嬖诠飧�蝕現(xiàn)象，需使用犧牲劑進(jìn)行抑制，能量轉(zhuǎn)化效率低等，這些都阻礙了光解水的實(shí)際應(yīng)用，需設(shè)計(jì)課題進(jìn)一步研究解決。下列設(shè)想符合研究方向的是_________

A 將研究方向?qū)Ｗ⒂谧贤夤鈪^(qū)，無需考慮可見光區(qū)

B 研究光腐蝕機(jī)理，尋找高穩(wěn)定性，不產(chǎn)生光腐蝕的制氫材料

C 研制具有特殊結(jié)構(gòu)的新型光催化劑，開發(fā)低成本、高性能光催化材料

D 研究新的光解水的催化機(jī)制，使利用紅外光進(jìn)行光解水制氫成為可能

（4）以甲烷為原料制取氫氣是工業(yè)上常用的制氫方法。

已知：CH4(g) + H2O(g) = CO（g）+ 3H2 (g)　 ΔH= -206.2 kJmol-1

CH4(g) + CO2 (g) = 2CO（g）+ 2H2 (g) ΔH= -247.4 kJmol-1

則CH4(g)與H2O(g)反應(yīng)生成CO2（g）和H2（g）的熱化學(xué)方程式為：_________

（5）利用廢棄的H2S的熱分解可生產(chǎn)H2：2H2S(g) 2H2(g)＋S2(g)。現(xiàn)將0.30 mol H2S(g)通入到壓強(qiáng)為p的恒壓密閉容器中，在不同溫度下測得H2S的平衡轉(zhuǎn)化率如圖3所示：

①溫度為T4℃時(shí)，初始體積為1L，t分鐘后，反應(yīng)達(dá)到平衡，該溫度下的平衡常數(shù)K＝________。

②若保持恒溫T℃，將一定量的 H2S（g）通入到恒壓密閉容器中，反應(yīng)一段時(shí)間后，壓強(qiáng)為p的體系恰好達(dá)到平衡，試在圖4上畫出不同起始?jí)簭?qiáng)下H2S轉(zhuǎn)化率的趨勢圖________。

Answer 1

【答案】H（或氫）原子 4CO32- + 2H2O -4e- = O2 + 4HCO3- BCD CH4(g) + 2H2O(g) = CO2(g) + 4H2(g) △H= - 165.0kJ . mol-1 1/45或2.2 ×10-2

【解析】

（1）由圖可知，水的分解化學(xué)鍵斷裂先生成H原子與O原子，氫原子結(jié)合生成氫氣，氧原子結(jié)合生成氧氣，由水的分子式可知?dú)湓�子物質(zhì)的量是氧原子2倍，故A為氫原子、B為氧原子；故答案為H（或氫）原子；

（2）圖2為用電解法制備H2，根據(jù)圖中信息可知，陽極上碳酸根離子轉(zhuǎn)化為碳酸氫根離子，碳的化合價(jià)不變，則應(yīng)由水電離產(chǎn)生的氫氧根離子失電子產(chǎn)生氧氣，結(jié)合電子得失知，陽極的電極反應(yīng)式為：4CO32- + 2H2O -4e-＝O2 + 4HCO3-；

（3）A、光催化劑大多僅在紫外光區(qū)穩(wěn)定有效，能夠在可見光區(qū)使用的光催化劑不但催化活性低，但催化劑有選擇性，不同催化劑的效果不同，而且?guī)缀醵即嬖诠飧�蝕現(xiàn)象，需使用犧牲劑進(jìn)行抑制，將研究方向?qū)Ｗ⒂谧贤夤鈪^(qū)，同時(shí)也要考慮可見光區(qū)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；

B、光催化劑能夠在可見光區(qū)使用的光催化劑不但催化活性低，而且?guī)缀醵即嬖诠飧�蝕現(xiàn)象，需使用犧牲劑進(jìn)行抑制，必須研究光腐蝕機(jī)理，尋找高穩(wěn)定性，不產(chǎn)生光腐蝕的制氫材料，選項(xiàng)B正確；

C、研制具有特殊結(jié)構(gòu)的新型光催化劑，開發(fā)低成本、高性能光催化材料，提高能量轉(zhuǎn)化效率，選項(xiàng)C正確；

D、光催化劑能夠在可見光區(qū)使用的光催化劑不但催化活性低，需使用犧牲劑進(jìn)行抑制，故需研究新的光解水的催化機(jī)制，使利用紅外光進(jìn)行光解水制氫，選項(xiàng)D正確；

答案選BCD；

（4）已知：①CH4(g) + H2O(g)＝CO（g）+ 3H2 (g)　 ΔH1= -206.2 kJmol-1

②CH4(g) + CO2 (g)＝2CO（g）+ 2H2 (g) ΔH2= -247.4 kJmol-1

根據(jù)蓋斯定律，由①2-②得反應(yīng)CH4(g) + 2H2O(g)＝CO2(g) + 4H2(g) ΔH= ΔH12-ΔH2= - 165.0kJ . mol-1；

（5）①溫度為T4℃時(shí)，初始體積為1L，t分鐘后，反應(yīng)達(dá)到平衡，0.30 mol H2S(g)，H2S的轉(zhuǎn)化率為40%，根據(jù)反應(yīng)2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)可知，平衡時(shí)各物質(zhì)的量濃度分別為0.18mol/L、0.12mol/L、0.06mol/L，該溫度下的平衡常數(shù)K==1/45=2.2 ×10-2；

②若保持恒溫T℃，將一定量的H2S（g）通入到恒壓密閉容器中，反應(yīng)一段時(shí)間后，壓強(qiáng)為p的體系恰好達(dá)到平衡，反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，H2S的轉(zhuǎn)化率增大，當(dāng)達(dá)平衡后，增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，H2S轉(zhuǎn)化率減小，故不同起始?jí)簭?qiáng)下H2S轉(zhuǎn)化率的趨勢圖為。