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。回答下列问题：

(1)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＝＋206.2 kJ·mol^－1

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

写出CH₄(g)与H₂O(g)反应生成CO₂(g)和H₂(g)的热化学方程式________。

(2)H₂S可用于高效制取氢气，其反应为2H₂S(g)S₂(g)＋2H₂(g)  △H。若向体积均为2L的A、B两个恒容容器中分别加入2.0 mol H₂S、1.0 mol H₂S，测得不同温度下H₂S的平衡转化率如图所示。

①试判断△H____0(填“>”“<”或“＝”)；图中曲线表示A容器中反应的是__(填写“I”或“II”)；反应速率最小的点是____(填写“M”、“N”或“P”)。

②实际生产中，若要进一步提高H₂S的转化率，除了改变温度和压强外，还可以采取的措施有______________。

(3)储氢还可借助有机物。一定条件下，利用如图所示装置电解有机物C₆H₆可实现电化学储氢。

①电极B是______(填写“阴极”或“阳极”)。

②写出实现储氢过程的电极反应式_______________。

③通电一段时间，若产生x mol O₂，测得产生的混合气体中含有y mol H₂，试计算制得储氢物质C₆H₁₂的物质的量为___mol(用含x、y的代数式表示)。

Answer

CH4(g)+2H2O(g)═CO2(g)+4H2(g)△H=+165.0 kJ·mol－1 ＞ II M 分离出产物S2、H2 阳极 C6H6+6H++6e-=C6H12

【解析】

(1)根据盖斯定律计算解答；

(2)①根据温度对硫化氢转化率的影响变化分析判断反应吸热还是放热；在两个等体积的恒容容器中分别加入2.0mol H2S、1.0mol H2S，结合等效平衡可知加入2.0mol H2S的容器内相当于增大压强，平衡逆向移动，H2S的平衡转化率减小，故上方曲线代表加入1.0mol H2S，下方曲线代表加入2.0mol H2S；温度越低，容器中反应物的浓度越小，反应速率越小；

②实际生产中，若要进一步提高H2S的转化率还可以将产物分离出反应体系；

(3)根据图示，B电极上水变为氧气，氧元素的化合价升高，失去电子，发生氧化反应，则B为阳极，A为阴极，阳极上的电极反应为2H2O-4e-= 4H++O2↑，阴极上的电极反应为C6H6+6H++6e-=C6H12，据此分析解答。

(1)已知：①CH4(g)＋H2O(g)＝CO(g)＋3H2(g) △H＝＋206.2 kJ·mol－1

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

由盖斯定律，①×2−②得：CH4(g)+2H2O(g)═CO2(g)+4H2(g)△H=+165.0 kJ·mol－1；

(2)①根据图像，随着温度的升高，硫化氢的转化率增大，说明升高温度，反应正向进行，则正反应为吸热反应，则△H＞0；若向体积均为2L的A、B两个恒容容器中分别加入2.0 mol H2S、1.0 mol H2S，结合等效平衡可知加入2.0molH2S的容器内相当于增大压强，平衡逆向移动，H2S的平衡转化率减小，故曲线I代表加入B容器反应，曲线II代表容器A的反应；温度越低反应速率越小，相同温度下，容器B中硫化氢的转化率越大，容器B中硫化氢的浓度小于容器A中的浓度，浓度越小，反应率越小，则反应速率最小的点是M；

②实际生产中，若要进一步提高H2S的转化率，除了改变温度和压强外，还可以将生成物从反应体系中分离，则可以采取的措施是分离出产物S2、H2；

(3)①根据上述分析，电极B是阳极；

②根据分析，实现储氢过程的电极反应式C6H6+6H++6e-=C6H12；

③阳极上的电极反应为2H2O-4e-= 4H++O2↑，阴极上的电极反应为C6H6+6H++6e-=C6H12，若产生x mol O2，共转移4xmol的电子，则阴极理论上生成C6H12的物质的量为mol，测得产生的混合气体中含有y mol H2，说明生成的C6H12部分发生分解，反应为C6H12→C6H6+3 H2↑，根据反应，发生分解的C6H12的物质的量为mol，则实际制得储氢物质C6H12的物质的量为mol-mol=mol。