Question

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，下列可供开发较经济且资源可持续利用的制氢气的方法是___。

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，则此反应的焓变△H=___kJ/mol。（请用关于E₁，E₂的代数式表示）。

（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=___kJ•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___。

②此电池工作时每消耗4.48L（标准状况下）H₂，转移电子___mol。

③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___mol，铅蓄电池阳极发生的反应为___。

Answer

C (E1-E2) 165 O2+4H++4e-=2H2O 0.4 0.4 PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+SO42-+4H+

【解析】

(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
(4)根据原电池工作原理进行分析解答；

(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：C；
(2)根据用水分解获得氢气的能量变化如图可知，反应物的活化能为E1，生成物的活化能为E2，则此反应的焓变△H= (E1-E2) kJ/mol，故答案：(E1-E2)；

(3)由已知：①CH4(g)+H2O（g）═CO（g）+3H2（g）△H=+206.2kJ•mol﹣1，②CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g）△H=+247.4kJ•mol﹣1，根据盖斯定律：①2-②：CH4（g）+2H2O（g）═CO2（g）+4H2（g）△H=+206.2kJ•mol﹣12-247.4kJ•mol﹣1=+165kJ•mol﹣1，故答案：+165；

 (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+4H++4e-=2H2O，故答案为： O2+4H++4e-=2H2O；

②n(H2)== 0.2mol，根据负极反应式H2- 2e-=2H+可知，转移电子为0.2mol 2= 0.4mol，故答案： 0.4；
③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0.4mol电子时，铅蓄电池中产生H2SO4的物质的量为0.4mol；阳极是PbSO4失去电子生成PbO2、SO42-、H+，发生氧化反应，阳极电极反应式为PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+SO42-+4H+，故答案为: 0.4 ；PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+SO42-+4H+。