Question

【題目】目前，我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)主要是煤，還有石油、天然氣等化石燃料，這些都是不可再生且污染環(huán)境的能源，研究和開(kāi)發(fā)清潔而又用之不竭的能源是未來(lái)發(fā)展的重要任務(wù)�？茖W(xué)家預(yù)測(cè)“氫能”將是21世紀(jì)最理想的新能源之一。

（1）某學(xué)生查閱大量資料，提出下列“用水制取氫氣的研究方向”：

①在水不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的情況下制取氫氣，同時(shí)釋放能量

②設(shè)法將太陽(yáng)光聚焦，產(chǎn)生高溫，使水分解產(chǎn)生氫氣

③尋找高效催化劑，大力提高水在一定條件下分解產(chǎn)生氫氣的轉(zhuǎn)化率

④尋找特殊化學(xué)物質(zhì)，以提高單位時(shí)間內(nèi)水分解制取氫氣的產(chǎn)量

請(qǐng)你選擇上述研究方向中不正確的一項(xiàng)，并簡(jiǎn)述其理由：不正確的一項(xiàng)是 ，理由是 。

（2）工業(yè)上用甲烷制取氫氣時(shí)發(fā)生的兩步反應(yīng)的能量變化如下圖所示：

①第Ⅱ步反應(yīng)為可逆反應(yīng)，在此反應(yīng)中，增加H2O(g)的濃度，CO的轉(zhuǎn)化率將 (填“增大”“減小”或“不變”)；該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K= 。在800 ℃時(shí)，若CO的起始濃度為2.0 mol/L，水蒸氣的起始濃度為3.0 mol/L，達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)后，測(cè)得CO2的濃度為1.2 mol/L，則此反應(yīng)的平衡常數(shù)K= ，CO的平衡轉(zhuǎn)化率為 。

②甲烷和水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的熱化學(xué)方程式是 。

（3）科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)納米級(jí)的Cu2O可作為太陽(yáng)光分解水的催化劑。取四份用不同方法制得的相同質(zhì)量的Cu2O，在某同等條件下分別對(duì)四份相同質(zhì)量的水催化分解，產(chǎn)生的氫氣經(jīng)干燥后用針筒收集。V(H2)隨時(shí)間的變化如圖所示。下列敘述正確的是 。

A．用d法制得的Cu2O能使水劇烈分解并放出熱量

B．用d法制得的Cu2O顆粒最小，表面活性大，所以催化效果明顯

C．用c法、d法制得的Cu2O作催化劑，產(chǎn)生氫氣的總體積不同可能和水的蒸發(fā)有關(guān)

D．用a法、b法制得的Cu2O中可能含有較多的CuO雜質(zhì)

Answer 1

【答案】（1）① 水分子中不含氫分子，不可能在不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的情況下得到氫氣，且水分解是吸熱反應(yīng)(或③ 催化劑不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)，故不能提高水分解產(chǎn)生氫氣的轉(zhuǎn)化率)

（2）①增大 1 60%

②CH4(g)+2H2O(g)4H2(g)+CO2(g) ΔH=-136.5 kJ/mol

（3）BCD

【解析】（1）①、③的說(shuō)法錯(cuò)誤，可任選其一分析說(shuō)明。

（2）①對(duì)第Ⅱ步反應(yīng)，增加H2O(g)的濃度，可以提高另外一種反應(yīng)物CO的轉(zhuǎn)化率。平衡時(shí)，c(CO)=0.8 mol/L，c(H2O)=1.8 mol/L，c(CO2)=c(H2)=1.2 mol/L，據(jù)此可求K和CO的平衡轉(zhuǎn)化率。②第 Ⅰ 步反應(yīng)為：CH4(g)+H2O(g)3H2(g)+CO(g) ΔH=-103.3 kJ/mol。第 Ⅱ 步反應(yīng)為：CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) ΔH=-33.2 kJ/mol。將以上兩步反應(yīng)相加得：CH4(g)+2H2O(g)4H2(g)+ CO2(g) ΔH=-136.5 kJ/mol。

（3）從圖上看，用c、d法制得的氧化亞銅催化效率較高。水分解是吸熱反應(yīng)。