Question

氢气是一种清洁能源，氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点．
（1）某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，发现加入少量CuSO₄溶液可加快氢气的生成速率．但当加入的CuSO₄溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降．请分析氢气生成速率下降的主要原因

 

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（2）用甲烷制取氢气的两步反应的能量变化如图所示，则甲烷和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是

 

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（3）科学家最近研究出一种环保，安全的储氢方法，其原理可表示为：NaHCO₃+H₂

储氢

释氢

HCOONa+H₂O．下列有关说法正确的是

 

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A．储氢、释氢过程均无能量变化
B．NaHCO₃、HCOONa均具有离子键和共价键
C．储氢过程中，NaHCO₃被氧化
D．释氢过程中，每消耗0.1mol H₂O放出2.24L的H₂
（4）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（该氢化物中氢的质量分数为0.077）．Mg₂Cu与H₂反应的化学方程式为

 

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Answer 1

分析：（1）生成的铜会附着在锌片上，会阻碍锌片与硫酸继续反应；
（2）根据盖斯定律来计算反应的焓变，根据热化学方程式的书写规律来书写热化学方程式；
（3）A．储氢释氢是化学变化，化学变化中一定伴随能量变化；
B．NaHCO₃晶体中HCO₃^-中含有共价键，HCOONa晶体中HCOO^-中含有共价键；
C．储氢过程中C元素的化合价由+4降低为+2；
D．气体体积与温度和压强有关；
（4）令金属氢化物为RH_x，金属R的相对分子质量为a，则

x

a+x

=0.077，即923x=77a，X为金属的化合价，讨论可得x=2，a=24，故该金属氢化物为MgH₂．

解答：解：（1）因为锌会先与硫酸铜反应，直至硫酸铜反应完才与硫酸反应生成氢气，硫酸铜量较多时，反应时间较长，而且生成的铜会附着在锌片上，会阻碍锌片与硫酸继续反应，氢气生成速率下降，
故答案为：当加入一定量的CuSO₄后，生成的单质铜会沉积在Zn的表面，降低了Zn与溶液的接触面积；
（2）根据第一步反应过程可以得出：CH₄（g）+H₂O（g）═3H₂（g）+CO（g），△H=-103.3kJ/mol；
根据第二步反应过程可以得出：CO（g）+H₂O（g）═H₂（g）+CO₂（g），△H=-33.2kJ/mol；
根据盖斯定律，上下两式相加可得：CH₄（g）+2H₂O（g）═4H₂（g）+CO₂（g）△H=-136.5 kJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+2H₂O（g）═4H₂（g）+CO₂（g）△H=-136.5 kJ/mol；
（3）A．储氢释氢NaHCO₃+H₂

储氢

释氢

HCOONa+H₂O，储氢、释氢过程都是化学变化，化学变化中一定伴随能量变化，故A错误；
B．NaHCO₃晶体是离子晶体，由Na⁺与HCO₃^-构成，HCO₃^-中含有共价键，HCOONa晶体是离子晶体，由Na⁺与HCOO^-构成，HCOO^-中含有共价键，故B正确；
C．储氢过程中C元素的化合价由+4降低为+2，NaHCO₃被还原，故C错误；
D．储氢释氢NaHCO₃+H₂

储氢

释氢

HCOONa+H₂O，释氢过程中，每消耗0.1molH₂O放出0.1mol的H₂，只有在标准状况下0.1mol的H₂为2.24L，该题未指明在标准状况下，所以0.1mol的H₂不一定为2.24L，故D错误；
故答案为：B；
（4）令金属氢化物为RH_x，金属R的相对分子质量为a，则

x

a+x

=0.077，即923x=77a，X为金属的化合价，讨论可得x=2，a=24，故该金属氢化物为MgH₂，故反应方程式为2Mg₂Cu+3H₂

△   .

MgCu₂+3MgH₂，
故答案为：2Mg₂Cu+3H₂

△   .

MgCu₂+3MgH₂．

点评：本题考查了热化学方程式的书写，以储氢方法为载体考查了氧化还原反应、化学反应中能量变化、化学键、气体摩尔体积的应用条件等，题目综合性较强，平时注意基础知识的全面掌握，题目难度较大．