Question

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的空氣，使部分H₂S燃燒，其目的是__________________________________________________________;

燃燒生成的SO₂與H₂S進一步反應，生成物在常溫下均不是氣體，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a所示。圖中A、B表示的物質依次是________________________。

Answer 1

(1)將反應標號：

①CH₄(g)+H₂O(g)====CO(g)+3H₂(g)    ΔH=206.2 kJ·mol^－1；

②CH₄(g)+CO₂(g)====2CO(g)+2H₂(g)    ΔH=247.4 kJ·mol^－1

③2H₂S(g)====2H₂(g)+S₂(g)    ΔH=169.8 kJ·mol^－1

則反應CH₄(g)+2H₂O(g)====CO₂(g)+4H₂(g)可以由①×2-②得到，ΔH=206.2×2-247.4=165.0 (kJ·mol^-1)。

(2)H₂S的熱分解需要能量來引發(fā)，H₂S的燃燒為放熱反應，可以為分解提供能量。

(3)水在2 000 K左右可以分解為氫氣、氧氣；當溫度繼續(xù)升高，氫氣、氧氣也獲得了足夠的能量繼續(xù)分解為氫原子、氧原子。

(4)電解尿素，陽極區(qū)為失去電子的氧化反應，生成氮氣。

(5)根據“僅含一種金屬元素的氫化物(其中氫的質量分數為0.077)”，假設僅含一個氫原子，則M=1/0.077≈13，金屬的相對原子質量=13-1=12，舍掉；假設含有兩個氫原子，M=2/0.077≈26，金屬的相對原子質量=26-2=24，可得該金屬氫化物為MgH₂。

答案：(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^-====CO₃^2-+N₂↑+6H₂O

(5)2Mg₂Cu+3H₂MgCu₂+3MgH₂

(4)電解尿素［CO(NH₂)₂］的堿性溶液制氫的裝置示意圖見圖b(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__________________。