Question

（15分）開發(fā)氫能是實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展的需要。下圖是以含H2S雜質(zhì)的天然氣為原料制取氫氣的流程圖。

回答下列問題：

（1）反應②的化學方程式為 。

（2）反應④的離子方程式為 。

（3）步驟③中制氫氣的原理如下：

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對于反應Ⅰ，一定可以提高平衡體系中H2的百分含量，又能加快反應速率的措施是 （填字母代號）。

a．升高溫度 b．增大水蒸氣濃度 c．加入催化劑 d．降低壓強

②利用反應Ⅱ，將CO進一步轉(zhuǎn)化，可提高H2的產(chǎn)量。若1.00 mol CO和H2的混合氣體（CO的體積分數(shù)為20%）與H2O反應，得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合氣體，則CO的轉(zhuǎn)化率為 。

③若該天然氣中硫化氫的體積分數(shù)為5%，且甲烷與水蒸氣反應轉(zhuǎn)化成二氧化碳和氫氣的總轉(zhuǎn)化率為80%，則通過上述流程1.00 m3 天然氣理論上可制得氫氣 m3（同溫同壓條件下）。

（4）一定條件下，如圖所示裝置可實現(xiàn)有機物的電化學儲氫（生成的有機物為氣體，忽略其他有機物）。

①生成目標產(chǎn)物的電極反應式為 。

②該儲氫裝置的電流效率為η＝ 。（η＝ ×100%，計算結(jié)果保留小數(shù)點后1位）

Answer 1

（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 （有機物可寫結(jié)構(gòu)簡式）（2分） ② 51.7% （3分）

【解析】

試題分析：（1）氧氣具有氧化性，能氧化硫離子生成單質(zhì)S，則根據(jù)流程圖可知反應②的化學方程式為2NH4HS＋O2＝2NH3·H2O＋2S↓。

（2）碘水具有氧化性，能氧化SO2生成硫酸，則反應④的離子方程式為SO2＋I2＋2H2O＝4H+＋SO42－＋2I－。

（3）①正方應是體積增大的吸熱反應，則a．升高溫度反應速率增大，平衡向正反應方向進行，有利于生成氫氣，正確；b．增大水蒸氣濃度，反應速率增大平衡向正反應方向移動，但氫氣含量不一定增大，錯誤；c．加入催化劑加快反應速率但平衡不移動，氫氣含量不變，錯誤；d．降低壓強，反應速率降低，錯誤，答案選a。

②1.00 mol CO和H2的混合氣體（CO的體積分數(shù)為20%）中CO和氫氣的物質(zhì)的量分別是0.2mol和0.8mol。設與H2O反應時消耗CO的物質(zhì)的量是xmol，則根據(jù)方程式可知生成CO2和氫氣的物質(zhì)的量分別是都是xmol，由于后得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合氣體，則0.2－x＋x＋0.8＋x＝1.18，解得x＝0.18，所以CO的轉(zhuǎn)化率為。

③若該天然氣中硫化氫的體積分數(shù)為5%，且甲烷與水蒸氣反應轉(zhuǎn)化成二氧化碳和氫氣的總轉(zhuǎn)化率為80%，；H2S的體積是0.05m3，甲烷是0.95m3。0.05m3H2S最終可以得到氫氣0.05m3。根據(jù)反應I可知生成氫氣的體積是0.95m3×80%×3＝2.28m3，CO的體積是0.95m3×80%＝0.76m3，則通過反應Ⅱ又生成氫氣0.76m3，所以通過上述流程1.00 m3 天然氣理論上可制得氫氣0.05m3＋2.28m3＋0.76m3＝3.09m3。

（4）①根據(jù)題意可知該實驗的目的是電化學儲氫，所以陰極上發(fā)生的反應為生產(chǎn)目標產(chǎn)物，即陰極上苯得電子和氫離子生成環(huán)己烷，電極反應式為C6H6＋6H＋＋6e－＝C6H12；

②電解池中陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，根據(jù)裝置圖可知陽極上生成3.4mol氧氣轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量＝3.4mol×4＝13.6mol；根據(jù)水的組成可知生成1mol氧氣時生成2mol氫氣，則生成3.4mol氧氣時同時生成6.8mol氫氣。設參加反應的苯的物質(zhì)的量是xmol，則參加反應的氫氣的物質(zhì)的量是3xmol，剩余苯的物質(zhì)的量為10mol×25%－xmol，而反應后苯的含量＝×100%＝10%，解得x＝。所以苯轉(zhuǎn)化為環(huán)己烷轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為×6，則該儲氫裝置的電流效率為η＝。

考點：考查物質(zhì)制備工藝流程圖的分析與應用