Question

開發(fā)氫能是實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展的需要．如圖1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）△H=+206.4kJ?mol^-1
Ⅱ：CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ?mol^-1
①對于反應(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）．
a．升高溫度　 b．增大水蒸氣濃度　 c．加入催化劑　 d．降低壓強
②利用反應(yīng)Ⅱ，將CO進一步轉(zhuǎn)化，可提高H₂的產(chǎn)量．若1.00mol CO和H₂的混合氣體（CO的體積分?jǐn)?shù)為20%）與H₂O反應(yīng)，得到1.18mol 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%，則通過上述流程1.00m³ 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2所示裝置可實現(xiàn)有機物的電化學(xué)儲氫（生成的有機物為氣體，忽略其他有機物）．
①生成目標(biāo)產(chǎn)物的電極反應(yīng)式為

 

．
②該儲氫裝置的電流效率為η=

 

．
（η=

生成目標(biāo)產(chǎn)物消耗的電子數(shù)

轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)

×100%，計算結(jié)果保留小數(shù)點后1位）

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素,化學(xué)平衡的計算

專題：

分析：（1）根據(jù)圖1可知，O₂將NH₄HS中的S元素氧化為S單質(zhì)，據(jù)此寫出化學(xué)方程式；
（2）SO₂將I₂還原為HI，而I₂將SO₂氧化為H₂SO₄，據(jù)此寫出離子方程式；
（3）①反應(yīng)①是氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，一定可以提高平衡體系中H₂百分含量，說明平衡正向進行，又能加快反應(yīng)速率，說明影響反應(yīng)速率的條件可以是升溫、加壓、增大濃度等，分析反應(yīng)特征可知反應(yīng)正向進行且反應(yīng)速率增大的只有升溫平衡向吸熱反應(yīng)進行，平衡正向進行反應(yīng)速率增大，依據(jù)平衡移動原理和影響反應(yīng)速率因素分析判斷；
②依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計算，轉(zhuǎn)化率=

消耗量

起始量

×100%計算；
③天然氣中硫化氫的體積分?jǐn)?shù)為5%，可得甲烷的體積，然后根據(jù)轉(zhuǎn)化率為80%，結(jié)合化學(xué)方程式得出生成的氫氣的體積；
（4）①該實驗的目的是儲氫，所以陰極上發(fā)生的反應(yīng)為生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物，陰極上苯得電子和氫離子生成環(huán)己烷；
②陽極上生成氧氣，同時生成氫離子，陰極上苯得電子和氫離子反應(yīng)生成環(huán)己烷，苯參加反應(yīng)需要電子的物質(zhì)的量與總轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量之比就是電流效率η．

解答： 解：（1）根據(jù)圖1可知，O₂將NH₄HS中的S元素氧化為S單質(zhì)，S將氧氣還原為-2價，根據(jù)得失電子數(shù)守恒將反應(yīng)配平，得化學(xué)方程式：2NH₄HS+O₂═2NH₃?H₂O+2S↓，
故答案為：2NH₄HS+O₂═2NH₃?H₂O+2S↓；
（2）SO₂將I₂還原為HI，而I₂將SO₂氧化為H₂SO₄，故化學(xué)方程式為：SO₂+I₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI，離子方程式為：SO₂+I₂+2H₂O═4H⁺+SO₄^2-+2I^-；
（3）①反應(yīng)①CH₄（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H=+206.4 kJ?mol^-1，是氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，一定可以提高平衡體系中H₂百分含量，說明平衡正向進行，又能加快反應(yīng)速率，說明影響反應(yīng)速率的條件可以是升溫、加壓、增大濃度等，分析反應(yīng)特征可知反應(yīng)正向進行且反應(yīng)速率增大的只有升溫平衡向吸熱反應(yīng)進行，平衡正向進行反應(yīng)速率增大；
a．反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)速率增大，平衡正向進行，平衡體系中H₂百分含量增大，故a正確；
b．增大水蒸氣濃度，平衡正向進行，反應(yīng)速率增大，但平衡體系中H₂百分含量不一定增大，故b錯誤；
c．加入催化劑，改變反應(yīng)速率不改變化學(xué)平衡，反應(yīng)速率增大，氫氣百分含量不變，故c錯誤；
d．降低壓強，平衡向著正向移動，氫氣百分含量減小，但反應(yīng)速率減慢，故d錯誤；
故選a；
②利用反應(yīng)②，將CO進一步轉(zhuǎn)化，可提高H₂產(chǎn)量，若1mol CO和H₂的混合氣體（CO的體積分?jǐn)?shù)為20%）中 CO為0.2mol，H₂的物質(zhì)的量為0.8mol，與H₂O反應(yīng)，得到1.18mol CO、CO₂和H₂的混合氣體，依據(jù)反應(yīng)前后氣體體積不變，增加的部分應(yīng)該是起始的水蒸氣的物質(zhì)的量為0.18mol，設(shè)轉(zhuǎn)化的一氧化碳的物質(zhì)的量為x，
            CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2 kJ?mol^-1
起始量（mol） 0.2  0.18+x      0      0.8
變化量（mol） x       x        x      x
平衡量（mol）0.2-x   0.18      x      x+0.8
則0.2-x+x+x+0.8=1.18
x=0.18
則CO轉(zhuǎn)化率為

0.18mol

0.2mol

×100%=90%
故答案為：90%；
③天然氣中硫化氫的體積分?jǐn)?shù)為5%，故1.00m³ 天然氣中甲烷的體積為0.95m³ 天然氣，由于轉(zhuǎn)化率為80%，設(shè)生成的氫氣的體積為Xm³，
可有：CH₄（g）+2H₂O（g）?CO₂（g）+4H₂（g）
        1                           4
    0.95m³×80%                     X
解得

1

0.95m3×80%

=

4

X

解得X=3.04
故答案為：3.04；
（4）①該實驗的目的是儲氫，所以陰極上發(fā)生的反應(yīng)為生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物，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，
故答案為：C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂；
②陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，陽極上生成3.4mol氧氣轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=3.4mol×4=13.6mol，
生成1mol氧氣時生成2mol氫氣，則生成3.4mol氧氣時同時生成6.8mol氫氣，
設(shè)參加反應(yīng)的苯的物質(zhì)的量是xmol，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，反應(yīng)后苯的含量=

10mol×25%-X

10mol-3Xmol+6.8mol

×100%=10%，
x=1.17，苯轉(zhuǎn)化為環(huán)己烷轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1.17mol×6=7.02mol，則

7.02mol

13.6mol

×100%=51.6%，
故答案為：51.6%．

點評：本題考查了電解池原理的應(yīng)用，側(cè)重于電極的判斷、電極方程的書寫以及電子守恒在計算中的應(yīng)用的考查，題目難度中等．