Question

“氢能”被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。氢气的燃烧效率非常高，只要在汽油中加入4%的氢气，就可使内燃机节油40%。目前，氢能技术在美国、日本、欧盟等国家和地区已进入系统实施阶段。氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。
已知：CH₄（g）＋H₂O（g）=CO（g）＋3H₂（g） ΔH＝206.2 kJ·mol^－1
CH₄（g）＋CO₂（g）=2CO（g）＋2H₂（g） ΔH＝247.4 kJ·mol^－1
2H₂S（g）=2H₂（g）＋S₂（g） ΔH＝169.8 kJ·mol^－1
（1）以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。
CH₄（g）与H₂O（g）反应生成CO₂（g）和H₂（g）的热化学方程式为________。
（2）H₂S热分解制氢气时，常向反应器中通入一定比例空气，使部分H₂S燃烧，其目的是____________；燃烧生成的SO₂与H₂S进一步反应，生成物在常温下均为非气体，写出该反应的化学方程式：________________。
（3）H₂O的热分解也可得到H₂，高温下水分解体系中主要气体的体积分数与温度的关系如图1所示。图中A、B表示的物质依次是________。

（4）电解尿素[CO（NH₂）₂]的碱性溶液制氢的装置示意图见图2（电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极）。电解时，阳极的电极反应式为________________。
（5）Mg₂Cu是一种储氢合金。350 ℃时，Mg₂Cu与H₂反应，生成MgCu₂和仅含一种金属元素的氢化物（其中氢的质量分数为0.077）。Mg₂Cu与H₂反应的化学方程式为____________。

Answer 1

（1）CH₄（g）＋2H₂O（g）=CO₂（g）＋4H₂（g） ΔH＝165.0 kJ·mol^－1
（2）为H₂S热分解反应提供热量
2H₂S＋SO₂=2H₂O＋3S↓（或4H₂S＋2SO₂=4H₂O＋3S₂↓）
（3）H、O（或氢原子、氧原子）
（4）CO（NH₂）₂＋8OH^－－6e^－=CO₃^2-＋N₂↑＋6H₂O
（5）2Mg₂Cu＋3H₂MgCu₂＋3MgH₂

（1）根据盖斯定律将第一个热化学方程式扩大两倍再减去第二个热化学方程式即得该热化学方程式，ΔH也进行相应的计算得ΔH＝206.2 kJ·mol^－1×2－247.4 kJ·mol^－1＝165.0 kJ·mol^－1。
（2）硫化氢燃烧放热，为其分解提供能量。硫化氢和二氧化硫反应生成单质硫和水。
（3）1 mol H₂O分解首先得到2 mol H和1 mol O，故曲线A为H，曲线B为O。
（4）根据装置图可知阳极产生了N₂，阴极产生了H₂，再分析元素化合价的升降，可知阴极H^＋得电子生成氢气，在阳极[CO（NH₂）₂]失电子生成N₂，同时再结合电荷守恒和质量守恒可知还生成CO₃^2-。
（5）根据原子守恒和金属元素氢化物中氢的质量分数为0.077可判断，该金属元素的氢化物为MgH₂。