Question

【題目】氫能是發(fā)展中的新能源，它的利用包括氯的制備、應用等環(huán)節(jié)。回答下列問題:

（1）氫氣的制備

以太陽能為熱源，熱化學硫碘循環(huán)分解水是一種高效、無污染的制氫方法。其反應過程如圖所示。

反應Ⅱ包含兩步反應:

①H2SO4(1)=SO3(g)+H2O(g) ΔH=177kJ/mol

②2SO3(g)=2SO2(g)+O2(g) △H=196kJ/mol

寫出反應Ⅱ的熱化學反應方程式__________

（2）氯氣的應用

CO2加氫制備甲酸(HCOOH)可用于回收利用CO2。溫度為T1時，將等物質的量的CO2和H2充入體積為1L的密閉容器中發(fā)生反應:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g) △H,化學平衡常數(shù)K=1

實驗測得:v正=k正·c(CO2)·c(H2), v逆=k逆·c(HCOOH),k正、k逆為速率常數(shù)。

①當CO2的轉化率為33.3%時，HCOOH的體積分數(shù)為_____(保留整數(shù))。

②T1時，k逆=_________(用k正表示)。當升高溫度至T2時，k逆=0.9k正，則△H____0(填“>”、“<"或“=”)。

③采用電還原法也可將CO2轉化為甲酸根，用Sn為陰極、Pt為陽極，KHCO3溶液為電解液進行電解。CO2應通入______區(qū)(填“陽極”或“陰極”)，其電極反應式為__________

④可用NaHCO3代替CO2作為碳源加氫制備甲酸。向反應器中加入NaHCO3水溶液、A1粉、Cu粉，在300℃下反應。NaHCO3用量一定時，Al、Cu的用量對碳轉化量影響結果如圖。由圖可知，曲線d相對其它三條曲線碳轉化量變化不大的主要原因是__________，當碳轉化量為30%時所采用的實驗條件是____________。

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Answer 1

【答案】 2H2SO4(1)=2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g)△H=550kJ/mol 20% k正 > 陰極 2CO2+2e-+H2O=HCOO-+HCO3- Al的用量對碳轉化量影響較大，曲線d中Al的用量少 150min,a180min,b

【解析】（1）反應①+②可以得出反應Ⅱ的熱化學反應方程式：2H2SO4(1)=2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g)△H=550kJ/mol

（2）①假設加入的二氧化碳和氫氣均為1mol，CO2的轉化率為33.3%，那么生成HCOOH0.33mol，剩余二氧化碳和氫氣物質的量為0.667mol，HCOOH的體積分數(shù)為；

②已知v正=k正·c(CO2)·c(H2), v逆=k逆·c(HCOOH)，當達到化學平衡時v正=v逆，所以k正·c(CO2)·c(H2)=k逆·c(HCOOH)，可得，又因為K=1，所以得出k正·=k逆；當升高溫度至T2時，k逆=0.9k正，說明平衡正向移動，正向吸熱，△H>0。

③CO2轉化為甲酸根C原子的化合價降低，得到電子，應該在陰極發(fā)生反應，所以CO2應通入陰極，電極反應式為2CO2+2e-+H2O=HCOO-+HCO3-

④曲線d相對其它三條曲線碳轉化量變化不大的主要原因是：Al的用量對碳轉化量影響較大，曲線d中Al的用量少；通過圖像可知，當碳轉化量為30%時所采用的實驗條件是：150min,a180min,b。