Question

【題目】氫氣因熱值高、來源廣、產物無污染，常被人們看做一種理想的“綠色能源”，氫氣的制取是氫能源利用領域的研究熱點。

(1)圖1為用電解法制備H2，寫出陽極的電極反應式：____________________________。

(2)從可持續發展考慮，太陽能光解水制氫是獲取H2的最好途徑，但迄今仍然存在諸多問題，如光催化劑大多僅在紫外光區穩定有效，能夠在可見光區使用的光催化劑不但催化活性低，而且幾乎都存在光腐蝕現象，需使用犧牲劑進行抑制，能量轉化效率低等，這些都阻礙了光解水的實際應用，需設計課題進一步研究解決。下列設想符合研究方向的是________。

A.將研究方向專注于紫外光區，無需考慮可見光區

B.研究光腐蝕機理，尋找高穩定性，不產生光腐蝕的制氫材料

C.研制具有特殊結構的新型光催化劑，開發低成本、高性能光催化材料

D.研究新的光解水的催化機制，使利用紅外光進行光解水制氫成為可能

(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) ΔH1＝－206.2 kJ·mol－1

CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g) ΔH2＝－247.4 kJ·mol－1

則CH4(g)與H2O(g)反應生成CO2(g)和H2(g)的熱化學方程式為：__________________________________。

(4)利用廢棄的H2S的熱分解可生產H2：2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)。現將0.30 mol H2S(g)通入到壓強為p的恒壓密閉容器中，在不同溫度下測得H2S的平衡轉化率如圖2所示：

①溫度為T4 ℃時，初始體積為1 L，t分鐘后，反應達到平衡，該溫度下的平衡常數K＝________。

②若保持恒溫T ℃，將一定量的H2S(g)通入到恒壓密閉容器中，反應一段時間后，壓強為p的體系恰好達到平衡，試在圖3上畫出不同起始壓強下H2S轉化率的趨勢圖。 _________________

Answer 1

【答案】4CO32-＋2H2O－4e－=O2↑＋4HCO3- BCD CH4(g)＋2H2O(g)=CO2(g)＋4H2(g)　ΔH＝－165.0 kJ·mol－1 或2.2 ×10－2

【解析】

(1)根據圖示可知，陽極放電的離子應為水電離出的OH－，放電生成氧氣，從而導致溶液中H＋濃度增大；

(2) 阻礙了光解水的實際應用的因素有光催化劑大多僅在紫外光區穩定有效，能夠在可見光區使用的光催化劑不但催化活性低，而且幾乎都存在光腐蝕現象，需使用犧牲劑進行抑制，能量轉化效率低等；

（3）由蓋斯定律計算可得；

（4）①依據題給數據和平衡常數公式計算可得；

②縱坐標為轉化率，在壓強小于p時，未達到平衡，隨著壓強的增大，反應速率增大，轉化率增大；壓強達到p后，達到平衡，此時隨著壓強增大，平衡向左移動，轉化率下降。

(1)根據圖示可知，陽極放電的離子應為水電離出的OH－，放電生成氧氣，從而導致溶液中H＋濃度增大，H＋與CO32-再反應生成HCO3-，電極反應式為4CO32-＋2H2O－4e－=O2↑＋4HCO3-，故答案為：4CO32-＋2H2O－4e－=O2↑＋4HCO3-；

(2)A、可見光區更有普遍性，更有發展前途，故錯誤；

B、根據題意，研究光腐蝕機理，尋找高穩定性，不產生光腐蝕的制氫材料，故正確；

C、根據題意，研制具有特殊結構的新型光催化劑，開發低成本、高性能光催化材料，故正確；

D、紅外光也是生活中常見光源，研究新的光解水的催化機制，使利用紅外光進行光解水制氫成為可能，故正確；

BCD正確，故答案為：BCD；

(3)CH4(g)與H2O(g)反應生成CO2(g)和H2(g)的化學方程式應為CH4(g)＋2H2O(g)=CO2(g)＋4H2(g)，根據蓋斯定律，該反應的ΔH＝2ΔH1－ΔH2＝－165 kJ·mol－1，則該反應的熱化學方程式為CH4(g)＋2H2O(g)=CO2(g)＋4H2(g)　ΔH＝－165 kJ·mol－1，故答案為：CH4(g)＋2H2O(g)=CO2(g)＋4H2(g)　ΔH＝－165 kJ·mol－1；

(4)①根據圖示，T4 ℃達到平衡時，平衡轉化率為40%，則平衡時H2S為0.18 mol，H2為0.12 mol，S2為0.06 mol，總物質的量為0.36 mol，因為是恒壓容器，剛開始時體積為1 L，則平衡時體積為1.2 L，因此平衡時H2S、H2和S2的濃度分別為0.15 mol·L－1、0.1 mol·L－1和0.05 mol·L－1，則平衡常數K＝≈2.2 ×10－2，故答案為：或2.2 ×10－2；

②縱坐標為轉化率，在壓強小于p時，未達到平衡，隨著壓強的增大，反應速率增大，轉化率增大；壓強達到p后，達到平衡，此時隨著壓強增大，平衡向左移動，轉化率下降，則不同起始壓強下H2S轉化率的趨勢圖為，故答案為：。