Question

【题目】目前，我国的能源结构主要是煤，还有石油、天然气等化石燃料，这些都是不可再生且污染环境的能源，研究和开发清洁而又用之不竭的能源是未来发展的重要任务。科学家预测“氢能”将是21世纪最理想的新能源之一。

（1）某学生查阅大量资料，提出下列“用水制取氢气的研究方向”：

①在水不发生化学反应的情况下制取氢气，同时释放能量

②设法将太阳光聚焦，产生高温，使水分解产生氢气

③寻找高效催化剂，大力提高水在一定条件下分解产生氢气的转化率

④寻找特殊化学物质，以提高单位时间内水分解制取氢气的产量

请你选择上述研究方向中不正确的一项，并简述其理由：不正确的一项是 ，理由是 。

（2）工业上用甲烷制取氢气时发生的两步反应的能量变化如下图所示：

①第Ⅱ步反应为可逆反应，在此反应中，增加H2O(g)的浓度，CO的转化率将 (填“增大”“减小”或“不变”)；该反应的平衡常数表达式为K= 。在800 ℃时，若CO的起始浓度为2.0 mol/L，水蒸气的起始浓度为3.0 mol/L，达到化学平衡状态后，测得CO2的浓度为1.2 mol/L，则此反应的平衡常数K= ，CO的平衡转化率为 。

②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 。

（3）科学研究发现纳米级的Cu2O可作为太阳光分解水的催化剂。取四份用不同方法制得的相同质量的Cu2O，在某同等条件下分别对四份相同质量的水催化分解，产生的氢气经干燥后用针筒收集。V(H2)随时间的变化如图所示。下列叙述正确的是 。

A．用d法制得的Cu2O能使水剧烈分解并放出热量

B．用d法制得的Cu2O颗粒最小，表面活性大，所以催化效果明显

C．用c法、d法制得的Cu2O作催化剂，产生氢气的总体积不同可能和水的蒸发有关

D．用a法、b法制得的Cu2O中可能含有较多的CuO杂质

Answer 1

【答案】（1）① 水分子中不含氢分子，不可能在不发生化学反应的情况下得到氢气，且水分解是吸热反应(或③ 催化剂不能使化学平衡发生移动，故不能提高水分解产生氢气的转化率)

（2）①增大 1 60%

②CH4(g)+2H2O(g)4H2(g)+CO2(g) ΔH=-136.5 kJ/mol

（3）BCD

【解析】（1）①、③的说法错误，可任选其一分析说明。

（2）①对第Ⅱ步反应，增加H2O(g)的浓度，可以提高另外一种反应物CO的转化率。平衡时，c(CO)=0.8 mol/L，c(H2O)=1.8 mol/L，c(CO2)=c(H2)=1.2 mol/L，据此可求K和CO的平衡转化率。②第 Ⅰ 步反应为：CH4(g)+H2O(g)3H2(g)+CO(g) ΔH=-103.3 kJ/mol。第 Ⅱ 步反应为：CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) ΔH=-33.2 kJ/mol。将以上两步反应相加得：CH4(g)+2H2O(g)4H2(g)+ CO2(g) ΔH=-136.5 kJ/mol。

（3）从图上看，用c、d法制得的氧化亚铜催化效率较高。水分解是吸热反应。