Question

（15分）氫氣是一種清潔能源，氫氣的制取與儲存是氫能源利用領域的研究熱點。

已知：CH₄（g）＋H₂O（g）===CO（g）＋3H₂（g）；ΔH＝206．2 kJ·mol^－1

CH₄（g）＋CO₂（g）===2CO（g）＋2H₂ （g）；ΔH＝247．4 kJ·mol^－1

2H₂S（g）===2H₂（g）＋S₂ （g）；ΔH＝169．8 kJ·mol^－1

（1） 以甲烷為原料制取氫氣是工業(yè)上常用的制氫方法。CH₄（g）與 H₂O（g）反應生成CO₂ （g）和H₂ （g）的熱化學方程式為____________________________。

（2） H₂S熱分解制氫時，常向反應器中通入一定比例空氣，使部分H₂S燃燒，其目的是________________；燃燒生成的SO₂與H₂S進一步反應，生成物在常溫下均非氣體，寫出該反應的化學方程式：________________________。

（3） H₂O的熱分解也可得到H₂，高溫下水分解體系中主要氣體的體積分數與溫度的關系如圖1所示。圖中A．B表示的物質依次是________。

圖1

　　

圖2

    （4） 電解尿素[CO（NH₂）₂ ]的堿性溶液制氫的裝置示意圖見圖2（電解池中隔膜僅阻止氣體通過，陰．陽極均為惰性電極）。電解時，陽極的電極反應式為　　。

（5） Mg₂Cu是一種儲氫合金。350 ℃時，Mg₂Cu與H₂反應，生成MgCu₂和僅含一種金屬元素的氫化物（其中氫的質量分數為0．077）。Mg₂Cu與H₂反應的化學方程式為____________________________。

 

Answer 1

（1） CH₄（g）＋2H₂O（g）===CO₂（g）＋4H₂（g）；ΔH ＝ 165．0 kJ·mol^－1

（2） 為H₂S熱分解反應提供熱量

2H₂S＋SO₂===2H₂O＋3S （或4H₂S＋2SO₂===4H₂O＋3S₂）

（3） H．O（或氫原子．氧原子）

（4）  CO（NH₂）₂＋8OH^－－6e^－===CO＋N₂↑＋6H₂O

（5） 2Mg₂Cu＋3H₂MgCu₂＋3MgH₂

解析:（1）將反應①CH₄（g）＋H₂O（g）===CO（g）＋3H₂（g）；ΔH＝206．2 kJ·mol^－1和反應②CH₄（g）＋CO₂（g）===2CO（g）＋2H₂ （g）；ΔH＝247．4 kJ·mol^－1合并，

即①×2－②可得CH₄（g）＋2H₂O（g）===CO₂（g）＋4H₂（g） ΔH ＝ 165．0 kJ·mol^－1。

（2）因為H₂S熱分解是吸熱反應，所以通過H₂S的燃燒可以提供熱量促使平衡向正反應方向移動。

（3）水分解生成氫氣和氧氣，但在高溫下，氫氣和氧氣會分解成氫原子和氧原子。

（4）在電解池中陽極失去電子，根據裝置圖可以看出陽極產物有氮氣，又因為溶液顯堿性，所以其電極反應式為CO（NH₂）₂＋8OH^－－6e^－===CO＋N₂↑＋6H₂O。

（5）Mg₂Cu與H₂反應的生成物是MgCu₂，所以另一種生成物一定含有Mg。根據氫化物中氫的質量分數為0．077，可計算出Mg和H的個數比是1︰2.。所以方程式為2Mg₂Cu＋3H₂MgCu₂＋3MgH₂。