Question

【題目】氫能是一種公認(rèn)的高熱值清潔能源，目前世界各國(guó)正致力于將高污染高排放的碳能源過(guò)渡成清潔高效低排放的氫能源。氫能開(kāi)發(fā)包括以下三個(gè)環(huán)節(jié)：

一、氫燃料的制備

(1)我國(guó)氫氣的主要來(lái)源是焦?fàn)t氣制氫，所制得的氫氣含有較多的CO和H2S，中溫干法脫硫是用氧化鐵將硫元素轉(zhuǎn)化為硫化鐵。干法脫硫的反應(yīng)方程式為________。

(2)我國(guó)科研人員用木屑水蒸汽氣化制取氫燃料，在一定條件下，反應(yīng)器中存在如下反應(yīng)：

i.CO2 (g) +C(s)=2CO (g) △H1

ii.C(s) + H2O(g)=CO ( g) + H2 (g) △H2

iii.C(s) + 2H2 (g)=CH4( g) △H3

iv.CO(g) + H2O(g)=CO2 ( g) + H2 (g) △H4

v. CH4(g)+ 2 H2O(g)= CO2 ( g) + 4H2 (g) △H5

①△H5=_________________ 。

②研究中 CaO 的添加量按照CaO 中所含的Ca 和松木屑所含碳的物質(zhì)的量比確定，在750℃，控制水蒸氣流量為 0.lg/(ming)下，探究催化劑加入量對(duì)產(chǎn)氣組分和氣化性能的影響，結(jié)果如表所示：

n(Ca)/n(C)	氣體體積分?jǐn)?shù)				碳轉(zhuǎn)化率/%
	H2	CO	CO2	CH4
0	45.58	22.70	22.37	7.54	61.22
0.5	52.95	21.74	19.11	5.14	56.59
1.0	58.62	22.37	12.60	5.31	61.42

由表中數(shù)據(jù)，n(Ca) / n(C) =___時(shí)最為合理。 n(Ca) / n(C) 由0到0.5時(shí)，H2的體積分?jǐn)?shù)顯著增加的原因_____。體系的氣化溫度不僅對(duì)木屑的熱解氣化反應(yīng)有影響 ，而且對(duì) CaO 吸收 CO2 的能力以及 CaCO3的分解反應(yīng)也有很大影響。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，控制 n(Ca) / n(C) 為 1.0，水蒸氣流量為0.1 g/(min g)， 將氣化反應(yīng)溫度從700℃升到850℃，氣化溫度對(duì)產(chǎn)氫率、產(chǎn)氣率的影響如表：

溫度/℃	氣體體積分?jǐn)?shù)			碳轉(zhuǎn)化率/%
	H2	CO	CO2
700	51.78	20.75	19.89	54.37
750	58.62	22.37	12.60	61.42
800	55.63	26.05	12.71	73.43
850	54.16	26.94	13.82	83.34

③從產(chǎn)氫率的角度考慮，最佳操作溫度是________________。

④隨著反應(yīng)的進(jìn)行，發(fā)現(xiàn) CaO 的吸收能力逐漸降低，原因是___________。

二、氫燃料的存儲(chǔ)

(3)將氫氣儲(chǔ)存于液體燃料中，可以解決氫氣的安全高效存儲(chǔ)和運(yùn)輸問(wèn)題。由于甲醇具有單位體積儲(chǔ)氫量高、活化溫度低等優(yōu)點(diǎn)，是理想的液體儲(chǔ)氫平臺(tái)分子。我國(guó)學(xué)者構(gòu)建一種雙功能結(jié)構(gòu)的催化劑，反應(yīng)過(guò)程中，在催化劑的表面同時(shí)活化水和甲醇。如圖是甲醇脫氫轉(zhuǎn)化的反應(yīng)歷程( TS 表示過(guò)渡態(tài)）。

根據(jù)圖像判斷甲醇脫氫反應(yīng)中斷裂的化學(xué)鍵是______，該反應(yīng)的△H___0( 填“大于”、“等于”或“小于”)

三、氫燃料的應(yīng)用。一種氫能電池的原理如圖：

(4)正極的電極反應(yīng)式為________。在 Pt 電極表面鏡一層細(xì)小的鉛粉，原因是______。

Answer 1

【答案】Fe2O3+3H2S =Fe2S3+3H2O ΔH5=2ΔH2-ΔH1-ΔH3 或 ΔH5=2ΔH4-ΔH3+ΔH1或ΔH5=ΔH2+ΔH4-ΔH3 1 CaO作為CO2 的吸收劑，使產(chǎn)氣中CO2 分壓降低，從而使水煤氣變換反應(yīng)平衡向生成H2 的方向移動(dòng) 750℃ CaO吸收CO2產(chǎn)生的CaCO3附著在CaO的表面，阻止了CaO對(duì)CO2的進(jìn)一步吸收 O-H鍵和C-H鍵 小于 O2+2H2O+4e-=4OH- 鉑粉吸附氣體的能力強(qiáng)

【解析】

(1)根據(jù)題干可知，該反應(yīng)為氧化鐵與硫反應(yīng)，生成硫化鐵和水，據(jù)此作答；

(2)①根據(jù)蓋斯定律v=2×ii- i- iii=2×iv-iii+i= ii+ iv- iii，作答；

②根據(jù)表格中產(chǎn)氫率，分析n(Ca) / n(C)時(shí)最為合理；n(Ca) / n(C)由0到0.5時(shí)，H2的體積分?jǐn)?shù)顯著增加的原因是CaO作為CO2 的吸收劑，使產(chǎn)氣中CO2 分壓降低，從而使水煤氣變換反應(yīng)平衡向生成H2 的方向移動(dòng)；

③根據(jù)表格分析；

④CaO與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣；

(3)甲醇的分子式為CH3OH，脫氫反應(yīng)中斷裂的化學(xué)鍵是O-H鍵和C-H鍵；該反應(yīng)的相對(duì)能量降低，反應(yīng)放熱；

(4)正極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)；粉末吸附氣體的能力強(qiáng)，增加反應(yīng)速率。

(1)根據(jù)題干可知，該反應(yīng)為氧化鐵與硫反應(yīng)，生成硫化鐵和水，反應(yīng)方程式為：Fe2O3+3H2S =Fe2S3+3H2O，故答案為：Fe2O3+3H2S =Fe2S3+3H2O；

(2)①根據(jù)蓋斯定律v=2×ii- i- iii=2×iv-iii+i= ii+ iv- iii，則ΔH5=2ΔH2-ΔH1-ΔH3=ΔH5=2ΔH4-ΔH3+ΔH1=ΔH5=ΔH2+ΔH4-ΔH3，故答案為：ΔH5=2ΔH2-ΔH1-ΔH3 或 ΔH5=2ΔH4-ΔH3+ΔH1或ΔH5=ΔH2+ΔH4-ΔH3；

②根據(jù)表格中產(chǎn)氫率，n(Ca) / n(C)=1時(shí)最高；n(Ca) / n(C)由0到0.5時(shí)，H2的體積分?jǐn)?shù)顯著增加的原因是CaO作為CO2 的吸收劑，使產(chǎn)氣中CO2 分壓降低，從而使水煤氣變換反應(yīng)平衡向生成H2 的方向移動(dòng)，故答案為：1；CaO作為CO2 的吸收劑，使產(chǎn)氣中CO2 分壓降低，從而使水煤氣變換反應(yīng)平衡向生成H2 的方向移動(dòng)；

③根據(jù)表格可知750℃時(shí)，產(chǎn)氫率最高，故答案為：750℃；

④CaO與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣，附著在CaO的表面，阻止了CaO對(duì)CO2的進(jìn)一步吸收，故答案為：CaO吸收CO2產(chǎn)生的CaCO3附著在CaO的表面，阻止了CaO對(duì)CO2的進(jìn)一步吸收；

(3)甲醇的分子式為CH3OH，脫氫反應(yīng)中斷裂的化學(xué)鍵是O-H鍵和C-H鍵；該反應(yīng)的相對(duì)能量降低，反應(yīng)放熱，故答案為：O-H鍵和C-H鍵；小于；

(4)正極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，電極方程式為：O2+2H2O+4e-=4OH-；粉末吸附氣體的能力強(qiáng)，增加反應(yīng)速率，故答案為：O2+2H2O+4e-=4OH-；鉑粉吸附氣體的能力強(qiáng)。