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。

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热分解制氢时，常向反应器中通入一定比例的空气，使部分H₂S燃烧，其目的是__________________________________________________________;

燃烧生成的SO₂与H₂S进一步反应，生成物在常温下均不是气体，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a所示。图中A、B表示的物质依次是________________________。

Answer 1

(1)将反应标号：

①CH₄(g)+H₂O(g)====CO(g)+3H₂(g)    ΔH=206.2 kJ·mol^－1；

②CH₄(g)+CO₂(g)====2CO(g)+2H₂(g)    ΔH=247.4 kJ·mol^－1

③2H₂S(g)====2H₂(g)+S₂(g)    ΔH=169.8 kJ·mol^－1

则反应CH₄(g)+2H₂O(g)====CO₂(g)+4H₂(g)可以由①×2-②得到，ΔH=206.2×2-247.4=165.0 (kJ·mol^-1)。

(2)H₂S的热分解需要能量来引发，H₂S的燃烧为放热反应，可以为分解提供能量。

(3)水在2 000 K左右可以分解为氢气、氧气；当温度继续升高，氢气、氧气也获得了足够的能量继续分解为氢原子、氧原子。

(4)电解尿素，阳极区为失去电子的氧化反应，生成氮气。

(5)根据“仅含一种金属元素的氢化物(其中氢的质量分数为0.077)”，假设仅含一个氢原子，则M=1/0.077≈13，金属的相对原子质量=13-1=12，舍掉；假设含有两个氢原子，M=2/0.077≈26，金属的相对原子质量=26-2=24，可得该金属氢化物为MgH₂。

答案：(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

(4)电解尿素［CO(NH₂)₂］的碱性溶液制氢的装置示意图见图b(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__________________。