Question

（15分）開發(fā)氫能是實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需要。下圖是以含H2S雜質(zhì)的天然氣為原料制取氫氣的流程圖。

回答下列問(wèn)題：

（1）反應(yīng)②的化學(xué)方程式為 。

（2）反應(yīng)④的離子方程式為 。

（3）步驟③中制氫氣的原理如下：

Ⅰ：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋206.4 kJ·mol－1

Ⅱ：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41.2 kJ·mol－1

①對(duì)于反應(yīng)Ⅰ，一定可以提高平衡體系中H2的百分含量，又能加快反應(yīng)速率的措施是 （填字母代號(hào)）。

a．升高溫度 b．增大水蒸氣濃度 c．加入催化劑 d．降低壓強(qiáng)

②利用反應(yīng)Ⅱ，將CO進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，可提高H2的產(chǎn)量。若1.00 mol CO和H2的混合氣體（CO的體積分?jǐn)?shù)為20%）與H2O反應(yīng)，得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合氣體，則CO的轉(zhuǎn)化率為 。

③若該天然氣中硫化氫的體積分?jǐn)?shù)為5%，且甲烷與水蒸氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化成二氧化碳和氫氣的總轉(zhuǎn)化率為80%，則通過(guò)上述流程1.00 m3 天然氣理論上可制得氫氣 m3（同溫同壓條件下）。

（4）一定條件下，如圖所示裝置可實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的電化學(xué)儲(chǔ)氫（生成的有機(jī)物為氣體，忽略其他有機(jī)物）。

①生成目標(biāo)產(chǎn)物的電極反應(yīng)式為 。

②該儲(chǔ)氫裝置的電流效率為η＝ 。（η＝ ×100%，計(jì)算結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后1位）

Answer 1

（1）2NH4HS＋O2＝2NH3·H2O＋2S↓ （2分）（2）SO2＋I(xiàn)2＋2H2O＝4H+＋SO42－＋2I－ （2分）

（3）① a （2分） ② 90% （2分） ③ 3.09 （2分）

（4）① C6H6＋6H＋＋6e－＝C6H12 （有機(jī)物可寫結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式）（2分） ② 51.7% （3分）

【解析】

試題分析：（1）氧氣具有氧化性，能氧化硫離子生成單質(zhì)S，則根據(jù)流程圖可知反應(yīng)②的化學(xué)方程式為2NH4HS＋O2＝2NH3·H2O＋2S↓。

（2）碘水具有氧化性，能氧化SO2生成硫酸，則反應(yīng)④的離子方程式為SO2＋I(xiàn)2＋2H2O＝4H+＋SO42－＋2I－。

（3）①正方應(yīng)是體積增大的吸熱反應(yīng)，則a．升高溫度反應(yīng)速率增大，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，有利于生成氫氣，正確；b．增大水蒸氣濃度，反應(yīng)速率增大平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，但氫氣含量不一定增大，錯(cuò)誤；c．加入催化劑加快反應(yīng)速率但平衡不移動(dòng)，氫氣含量不變，錯(cuò)誤；d．降低壓強(qiáng)，反應(yīng)速率降低，錯(cuò)誤，答案選a。

②1.00 mol CO和H2的混合氣體（CO的體積分?jǐn)?shù)為20%）中CO和氫氣的物質(zhì)的量分別是0.2mol和0.8mol。設(shè)與H2O反應(yīng)時(shí)消耗CO的物質(zhì)的量是xmol，則根據(jù)方程式可知生成CO2和氫氣的物質(zhì)的量分別是都是xmol，由于后得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合氣體，則0.2－x＋x＋0.8＋x＝1.18，解得x＝0.18，所以CO的轉(zhuǎn)化率為。

③若該天然氣中硫化氫的體積分?jǐn)?shù)為5%，且甲烷與水蒸氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化成二氧化碳和氫氣的總轉(zhuǎn)化率為80%，；H2S的體積是0.05m3，甲烷是0.95m3。0.05m3H2S最終可以得到氫氣0.05m3。根據(jù)反應(yīng)I可知生成氫氣的體積是0.95m3×80%×3＝2.28m3，CO的體積是0.95m3×80%＝0.76m3，則通過(guò)反應(yīng)Ⅱ又生成氫氣0.76m3，所以通過(guò)上述流程1.00 m3 天然氣理論上可制得氫氣0.05m3＋2.28m3＋0.76m3＝3.09m3。

（4）①根據(jù)題意可知該實(shí)驗(yàn)的目的是電化學(xué)儲(chǔ)氫，所以陰極上發(fā)生的反應(yīng)為生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物，即陰極上苯得電子和氫離子生成環(huán)己烷，電極反應(yīng)式為C6H6＋6H＋＋6e－＝C6H12；

②電解池中陽(yáng)極上氫氧根離子放電生成氧氣，根據(jù)裝置圖可知陽(yáng)極上生成3.4mol氧氣轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量＝3.4mol×4＝13.6mol；根據(jù)水的組成可知生成1mol氧氣時(shí)生成2mol氫氣，則生成3.4mol氧氣時(shí)同時(shí)生成6.8mol氫氣。設(shè)參加反應(yīng)的苯的物質(zhì)的量是xmol，則參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量是3xmol，剩余苯的物質(zhì)的量為10mol×25%－xmol，而反應(yīng)后苯的含量＝×100%＝10%，解得x＝。所以苯轉(zhuǎn)化為環(huán)己烷轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為×6，則該儲(chǔ)氫裝置的電流效率為η＝。

考點(diǎn)：考查物質(zhì)制備工藝流程圖的分析與應(yīng)用