Question

【題目】氫氣是一種清潔能源，氫氣的制取與儲存是氫能源利用領域的研究熱點。

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

CH4(g) + CO2(g)=2CO(g) +2H2(g) △H=+247.4 kJ/mol

2H2S(g)=2H2(g) +S2(g) △H=+169.8 kJ/mol

以甲烷為原料制取氫氣是工業上常用的制氫方法。CH4(g)與H2O(g)反應生成CO2(g)和H2(g)的熱化學方程式為________________________________。

（2）①H2S熱分解制氫時，常向反應器中通入一定比例空氣，使部分H2S燃燒，其目的是_________________________________。

②燃燒生成的SO2與H2S進一步反應，生成物在常溫下均非氣體，寫出該反應的化學方程式________________________________。

（3）H2O的熱分解也可得到H2，高溫下水分解體系中主要氣體的體積分數與溫度的關系如圖1所示。圖中A、B表示的物質依次是_________________。

（4）將1 molCO和2 molH2充入恒容密閉容器中，在催化劑作用下發生如下反應：CO(g) + 2H2(g)CH3OH(g)，不同壓強下CH3OH在平衡混合氣體中的體積分數隨溫度的變化如圖2所示。A、B、C三點的化學平衡常數K(A)、K(B)、K(C)的相對大小為_______________，計算C點的壓強平衡常數Kp=___________（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×體積分數）。

（5）Mg2Cu是一種儲氫合金。350 ℃時，Mg2Cu與H2反應，生成MgCu2和僅含一種金屬元素的氫化物（其中氫的質量分數為0.077）。Mg2Cu與H2反應的化學方程式為__________。

Answer 1

【答案】CH4(g)+2H2O(g)＝CO2(g)+4H2(g) H＝+165.0 kJ·mol-1 為H2S熱分解反應提供熱量 2H2S+SO2＝2H2O+3S↓(或4H2S+2SO2＝4H2O+3S2↓) H、O（或氫原子、氧原子） K(A)＞K(B)=K(C) 2Mg2Cu+3H2MgCu2+3MgH2

【解析】

(1)利用已知熱化學方程式，借助于蓋斯定律分析解答；

(2)使部分H2S燃燒放出熱量，為H2S熱分解反應提供熱量；SO2與H2S進一步反應，生成物在常溫下均非氣體，二者反應生成S與H2O；

(3)由圖可知，水的分解化學鍵斷裂先生成H原子與O原子，據此分析判斷；

(4)根據溫度對平衡常數的影響，結合圖像分析判斷；根據三段式計算平衡時各物質的物質的量，再計算出平衡分壓，結合壓強平衡常數Kp的表達式計算；

(5)令金屬氫化物為RHx，根據氫的質量分數為0.077，計算判斷該金屬氫化物的化學式，再書寫方程式。

(1)已知：①CH4(g)+H2O(g)＝CO(g)+3H2(g)△H=+206.2kJmol-1，②CH4(g)+CO2(g)＝2CO(g)+2H2(g)△H=+247.4kJmol-1，由蓋斯定律，①×2-②得CH4(g)+2H2O(g)＝CO2(g)+4H2(g)△H=+165.0 kJmol-1，故答案為：CH4(g)+2H2O(g)＝CO2(g)+4H2(g)△H=+165.0 kJmol-1；

(2)①H2S熱分解制氫時，常向反應器中通入一定比例空氣，使部分H2S燃燒，放出熱量，為H2S熱分解反應提供熱量，故答案為：為H2S熱分解反應提供熱量；

②SO2與H2S進一步反應，生成物在常溫下均非氣體，二者反應生成S與H2O，反應的化學方程式為2H2S+SO2＝2H2O+3S↓，故答案為：2H2S+SO2＝2H2O+3S↓；

(3)由圖可知，水的分解化學鍵斷裂先生成H原子與O原子，氫原子結合生成氫氣，氧原子結合生成氧氣，由水的分子式可知氫原子的物質的量是氧原子2倍，故A為氫原子、B為氧原子，故答案為：A為氫原子、B為氧原子；

(4)平衡常數K只與溫度有關，B、C的溫度相同，則K(B)=K(C)；根據圖像，升高溫度，CH3OH在平衡混合氣體中的體積分數減小，說明平衡逆向移動，則升高溫度，K減小，因此K(A)＞K(B)，因此A、B、C三點的化學平衡常數K(A)、K(B)、K(C)的相對大小為K(A)＞K(B)=K(C)；根據圖像，C點平衡是CH3OH在平衡混合氣體中的體積分數為50%，設反應的CO的物質的量為x，則

CO(g) + 2H2(g)CH3OH(g)

起始(mol) 1 2 0

反應(mol) x 2x x

平衡(mol) 1-x 2-2x x

則=，解得x=0.75mol，則平衡分壓分別為，CO：×p2=p2，H2：×p2=p2，CH3OH：×p2=p2，壓強平衡常數Kp==，故答案為：K(A)＞K(B)=K(C)；；

(5)令金屬氫化物為RHx，金屬R的相對分子質量為a，則金屬的化合價為+x，因為=0.077，即923x=77a，當x=2時，a=24，故該金屬氫化物為MgH2，故反應方程式為2Mg2Cu+3H2MgCu2+3MgH2，故答案為：2Mg2Cu+3H2MgCu2+3MgH2。