Question

【题目】氢气因热值高、来源广、产物无污染，常被人们看做一种理想的“绿色能源”，氢气的制取是氢能源利用领域的研究热点。

（1）H2O的热分解可得到H2，高温下水分解体系中主要气体的体积分数与温度的关系如图1所示。图1中曲线A对应的物质是______________。

（2）图2为用电解法制备H2，写出阳极的电极反应式：________________。

（3）从可持续发展考虑，太阳能光解水制氢是获取H2的最好途径，但迄今仍然存在诸多问题，如光催化剂大多仅在紫外光区稳定有效，能够在可见光区使用的光催化剂不但催化活性低，而且几乎都存在光腐蚀现象，需使用牺牲剂进行抑制，能量转化效率低等，这些都阻碍了光解水的实际应用，需设计课题进一步研究解决。下列设想符合研究方向的是_________

A 将研究方向专注于紫外光区，无需考虑可见光区

B 研究光腐蚀机理，寻找高稳定性，不产生光腐蚀的制氢材料

C 研制具有特殊结构的新型光催化剂，开发低成本、高性能光催化材料

D 研究新的光解水的催化机制，使利用红外光进行光解水制氢成为可能

（4）以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。

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

则CH4(g)与H2O(g)反应生成CO2（g）和H2（g）的热化学方程式为：_________

（5）利用废弃的H2S的热分解可生产H2：2H2S(g) 2H2(g)＋S2(g)。现将0.30 mol H2S(g)通入到压强为p的恒压密闭容器中，在不同温度下测得H2S的平衡转化率如图3所示：

①温度为T4℃时，初始体积为1L，t分钟后，反应达到平衡，该温度下的平衡常数K＝________。

②若保持恒温T℃，将一定量的 H2S（g）通入到恒压密闭容器中，反应一段时间后，压强为p的体系恰好达到平衡，试在图4上画出不同起始压强下H2S转化率的趋势图________。

Answer 1

【答案】H（或氢）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）由图可知，水的分解化学键断裂先生成H原子与O原子，氢原子结合生成氢气，氧原子结合生成氧气，由水的分子式可知氢原子物质的量是氧原子2倍，故A为氢原子、B为氧原子；故答案为H（或氢）原子；

（2）图2为用电解法制备H2，根据图中信息可知，阳极上碳酸根离子转化为碳酸氢根离子，碳的化合价不变，则应由水电离产生的氢氧根离子失电子产生氧气，结合电子得失知，阳极的电极反应式为：4CO32- + 2H2O -4e-＝O2 + 4HCO3-；

（3）A、光催化剂大多仅在紫外光区稳定有效，能够在可见光区使用的光催化剂不但催化活性低，但催化剂有选择性，不同催化剂的效果不同，而且几乎都存在光腐蚀现象，需使用牺牲剂进行抑制，将研究方向专注于紫外光区，同时也要考虑可见光区，选项A错误；

B、光催化剂能够在可见光区使用的光催化剂不但催化活性低，而且几乎都存在光腐蚀现象，需使用牺牲剂进行抑制，必须研究光腐蚀机理，寻找高稳定性，不产生光腐蚀的制氢材料，选项B正确；

C、研制具有特殊结构的新型光催化剂，开发低成本、高性能光催化材料，提高能量转化效率，选项C正确；

D、光催化剂能够在可见光区使用的光催化剂不但催化活性低，需使用牺牲剂进行抑制，故需研究新的光解水的催化机制，使利用红外光进行光解水制氢，选项D正确；

答案选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

根据盖斯定律，由①2-②得反应CH4(g) + 2H2O(g)＝CO2(g) + 4H2(g) ΔH= ΔH12-ΔH2= - 165.0kJ . mol-1；

（5）①温度为T4℃时，初始体积为1L，t分钟后，反应达到平衡，0.30 mol H2S(g)，H2S的转化率为40%，根据反应2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)可知，平衡时各物质的量浓度分别为0.18mol/L、0.12mol/L、0.06mol/L，该温度下的平衡常数K==1/45=2.2 ×10-2；

②若保持恒温T℃，将一定量的H2S（g）通入到恒压密闭容器中，反应一段时间后，压强为p的体系恰好达到平衡，反应为气体体积增大的反应，随着反应的进行，H2S的转化率增大，当达平衡后，增大压强，平衡逆向移动，H2S转化率减小，故不同起始压强下H2S转化率的趋势图为。