Question

7．科学家认为，氢气是21世纪一种高效而无污染的理想能源．

（1）为了有效发展氢能源，首先必须制得廉价的氢气，下列可供开发又较经济且资源可持续利用的制氢气的方法是C．
A．电解水     B．锌和稀硫酸反应     C．催化光解海水     D．分解天然气
（2）用水分解获得氢气的能量变化如图1所示，其中表示没使用催化剂的曲线可能是a（填“a”或“b”）．
（3）以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法．已知：
CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ•mol^-1
CH₄（g）+CO₂（g）═2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.4kJ•mol^-1
则CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0kJ•mol^-1
（4）某固体酸膜氢氧燃料电池以Ca（HSO₄）₂固体为电解质传递H⁺，其基本结构如图2所示，请按要求回答下列问题：
①b极上的电极反应式为O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O．
②此电池工作时每消耗2.24L（标准状况下）H₂，转移电子0.2mol．若将这些电子用于铅蓄电池（两极板上分别覆盖有Pb、PbO₂，电解质溶液是H₂SO₄溶液）充电，铅蓄电池中产生H₂SO₄的物质的量为0.2mol，铅蓄电池阳极发生的反应为PbSO₄+2H₂O-2e^-=PbO₂+SO₄^2-+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）开发较经济且资源可持续利用的制氢气方法要从能源消耗分析；
（2）催化剂能降低反应活化能；
（3）利用盖斯定律解答，从待求反应出发分析反应物、生成物在所给反应中的位置，通过相互加减可得；
（4）①根据电池总反应：2H₂+O₂=2H₂O可知：通入氢气的一极为电池的负极，发生氧化反应，反应为H₂-2e^-═2H⁺，通入氧气的一极为电池的正极，发生还原反应，反应为O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
②n（H₂）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，根据负极反应式H₂-2e^-═2H⁺计算转移电子数；根据2PbSO₄+2H₂O=Pb+PbO₂+2H₂SO₄计算产生H₂SO₄的物质的量，阳极是PbSO₄失去电子生成PbO₂、SO₄^2-、H⁺，发生氧化反应．

解答 解：（1）A．电解水需要大量的电能，不符合廉价的要求，故A错误；
B．锌和稀硫酸反应，消耗大量的锌和硫酸，不符合廉价的要求，故B错误；
C．光解海水，可充分利用光能，廉价而又低碳，符合要求，故C正确；
D．天然气不是可持续能源，故D错误；
故答案为：C；
（2）催化剂能降低反应活化能，所以b曲线使用催化剂，a曲线没有使用催化剂，
故答案为：a；
（3）①CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kmol^-1
②CH₄（g）+CO₂（g）═2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.4kJmol^-1
据盖斯定律，①×2-②得：CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=165.0kmol^-1，
故答案为：+165.0；
（4）①通入氧气的一极为电池的正极，发生还原反应，电极反应式为O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，
故答案为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
②n（H₂）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，根据负极反应式H₂-2e^-═2H⁺可知转移电子为0.1mol×2=0.2mol；
给铅蓄电池充电时发生2PbSO₄+2H₂O=Pb+PbO₂+2H₂SO₄，每生成2个H₂SO₄，转移电子数为2个，当转移0.2mol电子时，生成0.2mol电子；
阳极是PbSO₄失去电子生成PbO₂、SO₄^2-、H⁺，发生氧化反应，阳极电极反应式为PbSO₄+2H₂O-2e^-=PbO₂+SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：0.2；0.2；PbSO₄+2H₂O-2e^-=PbO₂+SO₄^2-+4H⁺．

点评 本题考查较为综合，涉及化学反应能量的计算，原电池和电解池的工作原理以及电极反应式的书写，题目难度中等，注意把握原电池电极反应式的书写方法．