Question

【題目】氫氣因熱值高、來(lái)源廣、產(chǎn)物無(wú)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)圖1為用電解法制備H2，寫出陽(yáng)極的電極反應(yīng)式：____________________________。

(2)從可持續(xù)發(fā)展考慮，太陽(yáng)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(wèn)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(jiàn)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(wú)需考慮可見(jiàn)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(kāi)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

(3)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) ΔH1＝－206.2 kJ·mol－1

CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g) ΔH2＝－247.4 kJ·mol－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：__________________________________。

(4)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(cè)得H2S的平衡轉(zhuǎn)化率如圖2所示：

①溫度為T4 ℃時(shí)，初始體積為1 L，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3上畫出不同起始?jí)簭?qiáng)下H2S轉(zhuǎn)化率的趨勢(shì)圖。 _________________

Answer 1

【答案】4CO32-＋2H2O－4e－=O2↑＋4HCO3- BCD CH4(g)＋2H2O(g)=CO2(g)＋4H2(g)　ΔH＝－165.0 kJ·mol－1 或2.2 ×10－2

【解析】

(1)根據(jù)圖示可知，陽(yáng)極放電的離子應(yīng)為水電離出的OH－，放電生成氧氣，從而導(dǎo)致溶液中H＋濃度增大；

(2) 阻礙了光解水的實(shí)際應(yīng)用的因素有光催化劑大多僅在紫外光區(qū)穩(wěn)定有效，能夠在可見(jiàn)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；

（3）由蓋斯定律計(jì)算可得；

（4）①依據(jù)題給數(shù)據(jù)和平衡常數(shù)公式計(jì)算可得；

②縱坐標(biāo)為轉(zhuǎn)化率，在壓強(qiáng)小于p時(shí)，未達(dá)到平衡，隨著壓強(qiáng)的增大，反應(yīng)速率增大，轉(zhuǎn)化率增大；壓強(qiáng)達(dá)到p后，達(dá)到平衡，此時(shí)隨著壓強(qiáng)增大，平衡向左移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率下降。

(1)根據(jù)圖示可知，陽(yáng)極放電的離子應(yīng)為水電離出的OH－，放電生成氧氣，從而導(dǎo)致溶液中H＋濃度增大，H＋與CO32-再反應(yīng)生成HCO3-，電極反應(yīng)式為4CO32-＋2H2O－4e－=O2↑＋4HCO3-，故答案為：4CO32-＋2H2O－4e－=O2↑＋4HCO3-；

(2)A、可見(jiàn)光區(qū)更有普遍性，更有發(fā)展前途，故錯(cuò)誤；

B、根據(jù)題意，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，故正確；

C、根據(jù)題意，研制具有特殊結(jié)構(gòu)的新型光催化劑，開(kāi)發(fā)低成本、高性能光催化材料，故正確；

D、紅外光也是生活中常見(jiàn)光源，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，故正確；

BCD正確，故答案為：BCD；

(3)CH4(g)與H2O(g)反應(yīng)生成CO2(g)和H2(g)的化學(xué)方程式應(yīng)為CH4(g)＋2H2O(g)=CO2(g)＋4H2(g)，根據(jù)蓋斯定律，該反應(yīng)的ΔH＝2ΔH1－ΔH2＝－165 kJ·mol－1，則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CH4(g)＋2H2O(g)=CO2(g)＋4H2(g)　ΔH＝－165 kJ·mol－1，故答案為：CH4(g)＋2H2O(g)=CO2(g)＋4H2(g)　ΔH＝－165 kJ·mol－1；

(4)①根據(jù)圖示，T4 ℃達(dá)到平衡時(shí)，平衡轉(zhuǎn)化率為40%，則平衡時(shí)H2S為0.18 mol，H2為0.12 mol，S2為0.06 mol，總物質(zhì)的量為0.36 mol，因?yàn)槭呛銐喝萜鳎瑒傞_(kāi)始時(shí)體積為1 L，則平衡時(shí)體積為1.2 L，因此平衡時(shí)H2S、H2和S2的濃度分別為0.15 mol·L－1、0.1 mol·L－1和0.05 mol·L－1，則平衡常數(shù)K＝≈2.2 ×10－2，故答案為：或2.2 ×10－2；

②縱坐標(biāo)為轉(zhuǎn)化率，在壓強(qiáng)小于p時(shí)，未達(dá)到平衡，隨著壓強(qiáng)的增大，反應(yīng)速率增大，轉(zhuǎn)化率增大；壓強(qiáng)達(dá)到p后，達(dá)到平衡，此時(shí)隨著壓強(qiáng)增大，平衡向左移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率下降，則不同起始?jí)簭?qiáng)下H2S轉(zhuǎn)化率的趨勢(shì)圖為，故答案為：。