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．
（1）某同學在用稀硫酸與鋅制取氫氣的實驗中，發現加入少量CuSO₄溶液可加快氫氣的生成速率．但當加入的CuSO₄溶液超過一定量時，生成氫氣的速率反而會下降．請分析氫氣生成速率下降的主要原因

 

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（2）用甲烷制取氫氣的兩步反應的能量變化如圖所示，則甲烷和水蒸氣反應生成二氧化碳和氫氣的熱化學方程式是

 

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（3）科學家最近研究出一種環保，安全的儲氫方法，其原理可表示為：NaHCO₃+H₂

儲氫

釋氫

HCOONa+H₂O．下列有關說法正確的是

 

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A．儲氫、釋氫過程均無能量變化
B．NaHCO₃、HCOONa均具有離子鍵和共價鍵
C．儲氫過程中，NaHCO₃被氧化
D．釋氫過程中，每消耗0.1mol H₂O放出2.24L的H₂
（4）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（該氫化物中氫的質量分數為0.077）．Mg₂Cu與H₂反應的化學方程式為

 

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Answer 1

分析：（1）生成的銅會附著在鋅片上，會阻礙鋅片與硫酸繼續反應；
（2）根據蓋斯定律來計算反應的焓變，根據熱化學方程式的書寫規律來書寫熱化學方程式；
（3）A．儲氫釋氫是化學變化，化學變化中一定伴隨能量變化；
B．NaHCO₃晶體中HCO₃^-中含有共價鍵，HCOONa晶體中HCOO^-中含有共價鍵；
C．儲氫過程中C元素的化合價由+4降低為+2；
D．氣體體積與溫度和壓強有關；
（4）令金屬氫化物為RH_x，金屬R的相對分子質量為a，則

x

a+x

=0.077，即923x=77a，X為金屬的化合價，討論可得x=2，a=24，故該金屬氫化物為MgH₂．

解答：解：（1）因為鋅會先與硫酸銅反應，直至硫酸銅反應完才與硫酸反應生成氫氣，硫酸銅量較多時，反應時間較長，而且生成的銅會附著在鋅片上，會阻礙鋅片與硫酸繼續反應，氫氣生成速率下降，
故答案為：當加入一定量的CuSO₄后，生成的單質銅會沉積在Zn的表面，降低了Zn與溶液的接觸面積；
（2）根據第一步反應過程可以得出：CH₄（g）+H₂O（g）═3H₂（g）+CO（g），△H=-103.3kJ/mol；
根據第二步反應過程可以得出：CO（g）+H₂O（g）═H₂（g）+CO₂（g），△H=-33.2kJ/mol；
根據蓋斯定律，上下兩式相加可得：CH₄（g）+2H₂O（g）═4H₂（g）+CO₂（g）△H=-136.5 kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+2H₂O（g）═4H₂（g）+CO₂（g）△H=-136.5 kJ/mol；
（3）A．儲氫釋氫NaHCO₃+H₂

儲氫

釋氫

HCOONa+H₂O，儲氫、釋氫過程都是化學變化，化學變化中一定伴隨能量變化，故A錯誤；
B．NaHCO₃晶體是離子晶體，由Na⁺與HCO₃^-構成，HCO₃^-中含有共價鍵，HCOONa晶體是離子晶體，由Na⁺與HCOO^-構成，HCOO^-中含有共價鍵，故B正確；
C．儲氫過程中C元素的化合價由+4降低為+2，NaHCO₃被還原，故C錯誤；
D．儲氫釋氫NaHCO₃+H₂

儲氫

釋氫

HCOONa+H₂O，釋氫過程中，每消耗0.1molH₂O放出0.1mol的H₂，只有在標準狀況下0.1mol的H₂為2.24L，該題未指明在標準狀況下，所以0.1mol的H₂不一定為2.24L，故D錯誤；
故答案為：B；
（4）令金屬氫化物為RH_x，金屬R的相對分子質量為a，則

x

a+x

=0.077，即923x=77a，X為金屬的化合價，討論可得x=2，a=24，故該金屬氫化物為MgH₂，故反應方程式為2Mg₂Cu+3H₂

△   .

MgCu₂+3MgH₂，
故答案為：2Mg₂Cu+3H₂

△   .

MgCu₂+3MgH₂．

點評：本題考查了熱化學方程式的書寫，以儲氫方法為載體考查了氧化還原反應、化學反應中能量變化、化學鍵、氣體摩爾體積的應用條件等，題目綜合性較強，平時注意基礎知識的全面掌握，題目難度較大．