Question

【题目】氢能是一种公认的高热值清洁能源，目前世界各国正致力于将高污染高排放的碳能源过渡成清洁高效低排放的氢能源。氢能开发包括以下三个环节：

一、氢燃料的制备

(1)我国氢气的主要来源是焦炉气制氢，所制得的氢气含有较多的CO和H2S，中温干法脱硫是用氧化铁将硫元素转化为硫化铁。干法脱硫的反应方程式为________。

(2)我国科研人员用木屑水蒸汽气化制取氢燃料，在一定条件下，反应器中存在如下反应：

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质的量比确定，在750℃，控制水蒸气流量为 0.lg/(ming)下，探究催化剂加入量对产气组分和气化性能的影响，结果如表所示：

n(Ca)/n(C)	气体体积分数				碳转化率/%
	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

由表中数据，n(Ca) / n(C) =___时最为合理。 n(Ca) / n(C) 由0到0.5时，H2的体积分数显著增加的原因_____。体系的气化温度不仅对木屑的热解气化反应有影响 ，而且对 CaO 吸收 CO2 的能力以及 CaCO3的分解反应也有很大影响。实验过程中，控制 n(Ca) / n(C) 为 1.0，水蒸气流量为0.1 g/(min g)， 将气化反应温度从700℃升到850℃，气化温度对产氢率、产气率的影响如表：

温度/℃	气体体积分数			碳转化率/%
	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从产氢率的角度考虑，最佳操作温度是________________。

④随着反应的进行，发现 CaO 的吸收能力逐渐降低，原因是___________。

二、氢燃料的存储

(3)将氢气储存于液体燃料中，可以解决氢气的安全高效存储和运输问题。由于甲醇具有单位体积储氢量高、活化温度低等优点，是理想的液体储氢平台分子。我国学者构建一种双功能结构的催化剂，反应过程中，在催化剂的表面同时活化水和甲醇。如图是甲醇脱氢转化的反应历程( TS 表示过渡态）。

根据图像判断甲醇脱氢反应中断裂的化学键是______，该反应的△H___0( 填“大于”、“等于”或“小于”)

三、氢燃料的应用。一种氢能电池的原理如图：

(4)正极的电极反应式为________。在 Pt 电极表面镜一层细小的铅粉，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作为CO2 的吸收剂，使产气中CO2 分压降低，从而使水煤气变换反应平衡向生成H2 的方向移动 750℃ CaO吸收CO2产生的CaCO3附着在CaO的表面，阻止了CaO对CO2的进一步吸收 O-H键和C-H键 小于 O2+2H2O+4e-=4OH- 铂粉吸附气体的能力强

【解析】

(1)根据题干可知，该反应为氧化铁与硫反应，生成硫化铁和水，据此作答；

(2)①根据盖斯定律v=2×ii- i- iii=2×iv-iii+i= ii+ iv- iii，作答；

②根据表格中产氢率，分析n(Ca) / n(C)时最为合理；n(Ca) / n(C)由0到0.5时，H2的体积分数显著增加的原因是CaO作为CO2 的吸收剂，使产气中CO2 分压降低，从而使水煤气变换反应平衡向生成H2 的方向移动；

③根据表格分析；

④CaO与二氧化碳反应生成碳酸钙；

(3)甲醇的分子式为CH3OH，脱氢反应中断裂的化学键是O-H键和C-H键；该反应的相对能量降低，反应放热；

(4)正极得电子，发生还原反应；粉末吸附气体的能力强，增加反应速率。

(1)根据题干可知，该反应为氧化铁与硫反应，生成硫化铁和水，反应方程式为：Fe2O3+3H2S =Fe2S3+3H2O，故答案为：Fe2O3+3H2S =Fe2S3+3H2O；

(2)①根据盖斯定律v=2×ii- i- iii=2×iv-iii+i= ii+ iv- iii，则ΔH5=2ΔH2-ΔH1-ΔH3=ΔH5=2ΔH4-ΔH3+ΔH1=ΔH5=ΔH2+ΔH4-ΔH3，故答案为：ΔH5=2ΔH2-ΔH1-ΔH3 或 ΔH5=2ΔH4-ΔH3+ΔH1或ΔH5=ΔH2+ΔH4-ΔH3；

②根据表格中产氢率，n(Ca) / n(C)=1时最高；n(Ca) / n(C)由0到0.5时，H2的体积分数显著增加的原因是CaO作为CO2 的吸收剂，使产气中CO2 分压降低，从而使水煤气变换反应平衡向生成H2 的方向移动，故答案为：1；CaO作为CO2 的吸收剂，使产气中CO2 分压降低，从而使水煤气变换反应平衡向生成H2 的方向移动；

③根据表格可知750℃时，产氢率最高，故答案为：750℃；

④CaO与二氧化碳反应生成碳酸钙，附着在CaO的表面，阻止了CaO对CO2的进一步吸收，故答案为：CaO吸收CO2产生的CaCO3附着在CaO的表面，阻止了CaO对CO2的进一步吸收；

(3)甲醇的分子式为CH3OH，脱氢反应中断裂的化学键是O-H键和C-H键；该反应的相对能量降低，反应放热，故答案为：O-H键和C-H键；小于；

(4)正极得电子，发生还原反应，电极方程式为：O2+2H2O+4e-=4OH-；粉末吸附气体的能力强，增加反应速率，故答案为：O2+2H2O+4e-=4OH-；铂粉吸附气体的能力强。