Question

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

一、氫燃料的制備

(1)我國氫氣的主要來源是焦?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) =___時最為合理。 n(Ca) / n(C) 由0到0.5時，H2的體積分?jǐn)?shù)顯著增加的原因_____。體系的氣化溫度不僅對木屑的熱解氣化反應(yīng)有影響 ，而且對 CaO 吸收 CO2 的能力以及 CaCO3的分解反應(yīng)也有很大影響。實驗過程中，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

(3)將氫氣儲存于液體燃料中，可以解決氫氣的安全高效存儲和運輸問題。由于甲醇具有單位體積儲氫量高、活化溫度低等優(yōu)點，是理想的液體儲氫平臺分子。我國學(xué)者構(gòu)建一種雙功能結(jié)構(gòu)的催化劑，反應(yīng)過程中，在催化劑的表面同時活化水和甲醇。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 750℃ CaO吸收CO2產(chǎn)生的CaCO3附著在CaO的表面，阻止了CaO對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

【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)時最為合理；n(Ca) / n(C)由0到0.5時，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；

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，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時最高；n(Ca) / n(C)由0到0.5時，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，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；

③根據(jù)表格可知750℃時，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，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。