Question

（15分）开发氢能是实现社会可持续发展的需要。下图是以含H₂S杂质的天然气为原料制取氢气的流程图。

回答下列问题：

（1）反应②的化学方程式为                                            。

（2）反应④的离子方程式为                                            。

（3）步骤③中制氢气的原理如下：

Ⅰ：CH₄(g)＋H₂O(g)CO(g)＋3H₂(g)      ΔH＝＋206.4 kJ·mol^－1

Ⅱ：CO(g)＋H₂O(g) CO₂(g)＋H₂(g)      ΔH＝－41.2 kJ·mol^－1

①对于反应Ⅰ，一定可以提高平衡体系中H₂的百分含量，又能加快反应速率的措施是            （填字母代号）。

a．升高温度     b．增大水蒸气浓度     c．加入催化剂     d．降低压强

②利用反应Ⅱ，将CO进一步转化，可提高H₂的产量。若1.00 mol CO和H₂的混合气体（CO的体积分数为20%）与H₂O反应，得到1.18 mol CO、CO₂和H₂的混合气体，则CO的转化率为            。

③若该天然气中硫化氢的体积分数为5%，且甲烷与水蒸气反应转化成二氧化碳和氢气的总转化率为80%，则通过上述流程1.00 m³ 天然气理论上可制得氢气        m³（同温同压条件下）。

（4）一定条件下，如图所示装置可实现有机物的电化学储氢（生成的有机物为气体，忽略其他有机物）。

①生成目标产物的电极反应式为                   。

②该储氢装置的电流效率为η＝           。（η＝ ×100%，计算结果保留小数点后1位）

Answer

（1）2NH4HS＋O2＝2NH3·H2O＋2S↓ （2分）（2）SO2＋I2＋2H2O＝4H+＋SO42－＋2I－ （2分）

（3）① a （2分） ② 90% （2分） ③ 3.09 （2分）

（4）① C6H6＋6H＋＋6e－＝C6H12 （有机物可写结构简式）（2分） ② 51.7% （3分）

【解析】

试题分析：（1）氧气具有氧化性，能氧化硫离子生成单质S，则根据流程图可知反应②的化学方程式为2NH4HS＋O2＝2NH3·H2O＋2S↓。

（2）碘水具有氧化性，能氧化SO2生成硫酸，则反应④的离子方程式为SO2＋I2＋2H2O＝4H+＋SO42－＋2I－。

（3）①正方应是体积增大的吸热反应，则a．升高温度反应速率增大，平衡向正反应方向进行，有利于生成氢气，正确；b．增大水蒸气浓度，反应速率增大平衡向正反应方向移动，但氢气含量不一定增大，错误；c．加入催化剂加快反应速率但平衡不移动，氢气含量不变，错误；d．降低压强，反应速率降低，错误，答案选a。

②1.00 mol CO和H2的混合气体（CO的体积分数为20%）中CO和氢气的物质的量分别是0.2mol和0.8mol。设与H2O反应时消耗CO的物质的量是xmol，则根据方程式可知生成CO2和氢气的物质的量分别是都是xmol，由于后得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合气体，则0.2－x＋x＋0.8＋x＝1.18，解得x＝0.18，所以CO的转化率为。

③若该天然气中硫化氢的体积分数为5%，且甲烷与水蒸气反应转化成二氧化碳和氢气的总转化率为80%，；H2S的体积是0.05m3，甲烷是0.95m3。0.05m3H2S最终可以得到氢气0.05m3。根据反应I可知生成氢气的体积是0.95m3×80%×3＝2.28m3，CO的体积是0.95m3×80%＝0.76m3，则通过反应Ⅱ又生成氢气0.76m3，所以通过上述流程1.00 m3 天然气理论上可制得氢气0.05m3＋2.28m3＋0.76m3＝3.09m3。

（4）①根据题意可知该实验的目的是电化学储氢，所以阴极上发生的反应为生产目标产物，即阴极上苯得电子和氢离子生成环己烷，电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－＝C6H12；

②电解池中阳极上氢氧根离子放电生成氧气，根据装置图可知阳极上生成3.4mol氧气转移电子的物质的量＝3.4mol×4＝13.6mol；根据水的组成可知生成1mol氧气时生成2mol氢气，则生成3.4mol氧气时同时生成6.8mol氢气。设参加反应的苯的物质的量是xmol，则参加反应的氢气的物质的量是3xmol，剩余苯的物质的量为10mol×25%－xmol，而反应后苯的含量＝×100%＝10%，解得x＝。所以苯转化为环己烷转移电子的物质的量为×6，则该储氢装置的电流效率为η＝。

考点：考查物质制备工艺流程图的分析与应用