Question

7．科學(xué)家認(rèn)為，氫氣是21世紀(jì)一種高效而無(wú)污染的理想能源．

（1）為了有效發(fā)展氫能源，首先必須制得廉價(jià)的氫氣，下列可供開(kāi)發(fā)又較經(jīng)濟(jì)且資源可持續(xù)利用的制氫氣的方法是C．
A．電解水     B．鋅和稀硫酸反應(yīng)     C．催化光解海水     D．分解天然氣
（2）用水分解獲得氫氣的能量變化如圖1所示，其中表示沒(méi)使用催化劑的曲線(xiàn)可能是a（填“a”或“b”）．
（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）△H=+206.2kJ•mol^-1
CH₄（g）+CO₂（g）═2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.4kJ•mol^-1
則CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0kJ•mol^-1
（4）某固體酸膜氫氧燃料電池以Ca（HSO₄）₂固體為電解質(zhì)傳遞H⁺，其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，請(qǐng)按要求回答下列問(wèn)題：
①b極上的電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O．
②此電池工作時(shí)每消耗2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）H₂，轉(zhuǎn)移電子0.2mol．若將這些電子用于鉛蓄電池（兩極板上分別覆蓋有Pb、PbO₂，電解質(zhì)溶液是H₂SO₄溶液）充電，鉛蓄電池中產(chǎn)生H₂SO₄的物質(zhì)的量為0.2mol，鉛蓄電池陽(yáng)極發(fā)生的反應(yīng)為PbSO₄+2H₂O-2e^-=PbO₂+SO₄^2-+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）開(kāi)發(fā)較經(jīng)濟(jì)且資源可持續(xù)利用的制氫氣方法要從能源消耗分析；
（2）催化劑能降低反應(yīng)活化能；
（3）利用蓋斯定律解答，從待求反應(yīng)出發(fā)分析反應(yīng)物、生成物在所給反應(yīng)中的位置，通過(guò)相互加減可得；
（4）①根據(jù)電池總反應(yīng)：2H₂+O₂=2H₂O可知：通入氫氣的一極為電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)為H₂-2e^-═2H⁺，通入氧氣的一極為電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
②n（H₂）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，根據(jù)負(fù)極反應(yīng)式H₂-2e^-═2H⁺計(jì)算轉(zhuǎn)移電子數(shù)；根據(jù)2PbSO₄+2H₂O=Pb+PbO₂+2H₂SO₄計(jì)算產(chǎn)生H₂SO₄的物質(zhì)的量，陽(yáng)極是PbSO₄失去電子生成PbO₂、SO₄^2-、H⁺，發(fā)生氧化反應(yīng)．

解答 解：（1）A．電解水需要大量的電能，不符合廉價(jià)的要求，故A錯(cuò)誤；
B．鋅和稀硫酸反應(yīng)，消耗大量的鋅和硫酸，不符合廉價(jià)的要求，故B錯(cuò)誤；
C．光解海水，可充分利用光能，廉價(jià)而又低碳，符合要求，故C正確；
D．天然氣不是可持續(xù)能源，故D錯(cuò)誤；
故答案為：C；
（2）催化劑能降低反應(yīng)活化能，所以b曲線(xiàn)使用催化劑，a曲線(xiàn)沒(méi)有使用催化劑，
故答案為：a；
（3）①CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kmol^-1
②CH₄（g）+CO₂（g）═2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.4kJmol^-1
據(jù)蓋斯定律，①×2-②得：CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=165.0kmol^-1，
故答案為：+165.0；
（4）①通入氧氣的一極為電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，
故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
②n（H₂）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，根據(jù)負(fù)極反應(yīng)式H₂-2e^-═2H⁺可知轉(zhuǎn)移電子為0.1mol×2=0.2mol；
給鉛蓄電池充電時(shí)發(fā)生2PbSO₄+2H₂O=Pb+PbO₂+2H₂SO₄，每生成2個(gè)H₂SO₄，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2個(gè)，當(dāng)轉(zhuǎn)移0.2mol電子時(shí)，生成0.2mol電子；
陽(yáng)極是PbSO₄失去電子生成PbO₂、SO₄^2-、H⁺，發(fā)生氧化反應(yīng)，陽(yáng)極電極反應(yīng)式為PbSO₄+2H₂O-2e^-=PbO₂+SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：0.2；0.2；PbSO₄+2H₂O-2e^-=PbO₂+SO₄^2-+4H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)反應(yīng)能量的計(jì)算，原電池和電解池的工作原理以及電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)，題目難度中等，注意把握原電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)方法．