Question

【題目】氫能是一種公認的高熱值清潔能源，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。氫能開發包括以下三個環節：

一、氫燃料的制備

(1)我國氫氣的主要來源是焦爐氣制氫，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化為硫化鐵。干法脫硫的反應方程式為________。

(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，反應器中存在如下反應：

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氣組分和氣化性能的影響，結果如表所示：

n(Ca)/n(C)	氣體體積分數				碳轉化率/%
	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

由表中數據，n(Ca) / n(C) =___時最為合理。 n(Ca) / n(C) 由0到0.5時，H2的體積分數顯著增加的原因_____。體系的氣化溫度不僅對木屑的熱解氣化反應有影響 ，而且對 CaO 吸收 CO2 的能力以及 CaCO3的分解反應也有很大影響。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)， 將氣化反應溫度從700℃升到850℃，氣化溫度對產氫率、產氣率的影響如表：

溫度/℃	氣體體積分數			碳轉化率/%
	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從產氫率的角度考慮，最佳操作溫度是________________。

④隨著反應的進行，發現 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、活化溫度低等優點，是理想的液體儲氫平臺分子。我國學者構建一種雙功能結構的催化劑，反應過程中，在催化劑的表面同時活化水和甲醇。如圖是甲醇脫氫轉化的反應歷程( TS 表示過渡態）。

根據圖像判斷甲醇脫氫反應中斷裂的化學鍵是______，該反應的△H___0( 填“大于”、“等于”或“小于”)

三、氫燃料的應用。一種氫能電池的原理如圖：

(4)正極的電極反應式為________。在 Pt 電極表面鏡一層細小的鉛粉，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，使產氣中CO2 分壓降低，從而使水煤氣變換反應平衡向生成H2 的方向移動 750℃ CaO吸收CO2產生的CaCO3附著在CaO的表面，阻止了CaO對CO2的進一步吸收 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)根據題干可知，該反應為氧化鐵與硫反應，生成硫化鐵和水，據此作答；

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

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

③根據表格分析；

④CaO與二氧化碳反應生成碳酸鈣；

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

(4)正極得電子，發生還原反應；粉末吸附氣體的能力強，增加反應速率。

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

(2)①根據蓋斯定律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根據表格中產氫率，n(Ca) / n(C)=1時最高；n(Ca) / n(C)由0到0.5時，H2的體積分數顯著增加的原因是CaO作為CO2 的吸收劑，使產氣中CO2 分壓降低，從而使水煤氣變換反應平衡向生成H2 的方向移動，故答案為：1；CaO作為CO2 的吸收劑，使產氣中CO2 分壓降低，從而使水煤氣變換反應平衡向生成H2 的方向移動；

③根據表格可知750℃時，產氫率最高，故答案為：750℃；

④CaO與二氧化碳反應生成碳酸鈣，附著在CaO的表面，阻止了CaO對CO2的進一步吸收，故答案為：CaO吸收CO2產生的CaCO3附著在CaO的表面，阻止了CaO對CO2的進一步吸收；

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

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