Question

【題目】科學家認為，氫氣是21世紀一種高效而無污染的理想能源。

（1）為了有效發展氫能源，首先必須制得廉價的氫氣，下列可供開發較經濟且資源可持續利用的制氫氣的方法是___。

A.電解水 B.鋅和稀硫酸反應 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，則此反應的焓變△H=___kJ/mol。（請用關于E1，E2的代數式表示）。

（3）以甲烷為原料制取氫氣是工業上常用的制氫方法。已知：

CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g） △H=+206.2kJmol﹣1

CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g） △H=+247.4kJmol﹣1

則CH4（g）+2H2O（g）═CO2（g）+4H2（g）△H=___kJmol﹣1

（4）某固體酸膜氫氧燃料電池以Ca（HSO4）2固體為電解質傳遞H+，其基本結構如圖2所示，請按要求回答下列問題：

①b極上的電極反應式為___。

②此電池工作時每消耗4.48L（標準狀況下）H2，轉移電子___mol。

③若將這些電子用于鉛蓄電池（兩極板上分別覆蓋有Pb、PbO2，電解質溶液是H2SO4溶液）充電，鉛蓄電池中產生H2SO4的物質的量為___mol，鉛蓄電池陽極發生的反應為___。

Answer 1

【答案】C (E1-E2) 165 O2+4H++4e-=2H2O 0.4 0.4 PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+SO42-+4H+

【解析】

(1)開發較經濟且資源可持續利用的制氫氣方法要從能源消耗分析；
(2)催化劑能降低反應活化能；
(3)利用蓋斯定律解答，從待求反應出發分析反應物、生成物在所給反應
(4)根據原電池工作原理進行分析解答；

(1)A.電解水需要大量的電能，不符合廉價的要求，故A錯誤；
B.鋅和稀硫酸反應，消耗大量的鋅和硫酸，不符合廉價的要求，故B錯誤；
C.光解海水，可充分利用光能，廉價而又低碳，符合要求，故C正確；
D.天然氣不是可持續能源，故D錯誤；
故答案：C；
(2)根據用水分解獲得氫氣的能量變化如圖可知，反應物的活化能為E1，生成物的活化能為E2，則此反應的焓變△H= (E1-E2) kJ/mol，故答案：(E1-E2)；

(3)由已知：①CH4(g)+H2O（g）═CO（g）+3H2（g）△H=+206.2kJmol﹣1，②CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g）△H=+247.4kJmol﹣1，根據蓋斯定律：①2-②：CH4（g）+2H2O（g）═CO2（g）+4H2（g）△H=+206.2kJmol﹣12-247.4kJmol﹣1=+165kJmol﹣1，故答案：+165；

(4)①通入氧氣的一極為電池的正極發生還原反應，電極反應式為O2+4H++4e-=2H2O，故答案為：O2+4H++4e-=2H2O；

②n(H2)==0.2mol，根據負極反應式H2-2e-=2H+可知，轉移電子為0.2mol2=0.4mol，故答案：0.4；
③給鉛蓄電池充電時發生2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4，每生成2個H2SO4，轉移電子數為2個，當轉移0.4mol電子時，鉛蓄電池中產生H2SO4的物質的量為0.4mol；陽極是PbSO4失去電子生成PbO2、SO42-、H+，發生氧化反應，陽極電極反應式為PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+SO42-+4H+，故答案為: 0.4 ；PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+SO42-+4H+。