Question

“氫能”被視為21世紀最具發展潛力的清潔能源。氫氣的燃燒效率非常高，只要在汽油中加入4%的氫氣，就可使內燃機節油40%。目前，氫能技術在美國、日本、歐盟等國家和地區已進入系統實施階段。氫氣的制取與儲存是氫能源利用領域的研究熱點。
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）以甲烷為原料制取氫氣是工業上常用的制氫方法。
CH₄（g）與H₂O（g）反應生成CO₂（g）和H₂（g）的熱化學方程式為________。
（2）H₂S熱分解制氫氣時，常向反應器中通入一定比例空氣，使部分H₂S燃燒，其目的是____________；燃燒生成的SO₂與H₂S進一步反應，生成物在常溫下均為非氣體，寫出該反應的化學方程式：________________。
（3）H₂O的熱分解也可得到H₂，高溫下水分解體系中主要氣體的體積分數與溫度的關系如圖1所示。圖中A、B表示的物質依次是________。

（4）電解尿素[CO（NH₂）₂]的堿性溶液制氫的裝置示意圖見圖2（電解池中隔膜僅阻止氣體通過，陰、陽極均為惰性電極）。電解時，陽極的電極反應式為________________。
（5）Mg₂Cu是一種儲氫合金。350 ℃時，Mg₂Cu與H₂反應，生成MgCu₂和僅含一種金屬元素的氫化物（其中氫的質量分數為0.077）。Mg₂Cu與H₂反應的化學方程式為____________。

Answer 1

（1）CH₄（g）＋2H₂O（g）=CO₂（g）＋4H₂（g） ΔH＝165.0 kJ·mol^－1
（2）為H₂S熱分解反應提供熱量
2H₂S＋SO₂=2H₂O＋3S↓（或4H₂S＋2SO₂=4H₂O＋3S₂↓）
（3）H、O（或氫原子、氧原子）
（4）CO（NH₂）₂＋8OH^－－6e^－=CO₃^2-＋N₂↑＋6H₂O
（5）2Mg₂Cu＋3H₂MgCu₂＋3MgH₂

（1）根據蓋斯定律將第一個熱化學方程式擴大兩倍再減去第二個熱化學方程式即得該熱化學方程式，ΔH也進行相應的計算得ΔH＝206.2 kJ·mol^－1×2－247.4 kJ·mol^－1＝165.0 kJ·mol^－1。
（2）硫化氫燃燒放熱，為其分解提供能量。硫化氫和二氧化硫反應生成單質硫和水。
（3）1 mol H₂O分解首先得到2 mol H和1 mol O，故曲線A為H，曲線B為O。
（4）根據裝置圖可知陽極產生了N₂，陰極產生了H₂，再分析元素化合價的升降，可知陰極H^＋得電子生成氫氣，在陽極[CO（NH₂）₂]失電子生成N₂，同時再結合電荷守恒和質量守恒可知還生成CO₃^2-。
（5）根據原子守恒和金屬元素氫化物中氫的質量分數為0.077可判斷，該金屬元素的氫化物為MgH₂。