[化学——物质结构与性质]（13分）氢能是一种洁净的可再生能源，制备和储存氢气是氢能开发的...

[化学——物质结构与性质]（13分）

氢能是一种洁净的可再生能源，制备和储存氢气是氢能开发的两个关键环节。

Ⅰ．氢气的制取

（1）水是制取氢气的常见原料，下列说法正确的是　　 （填序号）。

A．H3O＋的空间构型为三角锥形

B．水的沸点比硫化氢高

C．冰晶体中，1 mol水分子可形成4 mol氢键

（2）科研人员研究出以钛酸锶为电极的光化学电池，用紫外线照射钛酸锶电极，使水分解产生氢气。已知钛酸锶晶胞结构如图，则其化学式为　　　　　　　　 。

Ⅱ．氢气的存储

（3）Ti(BH4)2是一种储氢材料。

①Ti原子在基态时的核外电子排布式是　　　　　　　　　　　　 。

②Ti(BH4)2可由TiCl4和LiBH4反应制得，TiCl4 熔点－25.0℃，沸点136.94℃，常温下是无色液体，则TiCl4晶体类型为　　　　　 。

（4）最近尼赫鲁先进科学研究中心借助ADF软件对一种新型环烯类储氢材料（C16S8）进行研究，从理论角度证明这种分子中的原子都处于同一平面上（结构如图所示），每个平面上下两侧最多可储存10个H2分子。

①元素电负性大小关系是：C　　 S（填“＞”、“＝”或“＜”）。

②分子中C原子的杂化轨道类型为　　　　　　 。

③有关键长数据如下：

从表中数据可以看出，C16S8中碳硫键键长介于C—S与C＝S之间，原因可能是：　　　　　　　　　　　 。

④C16S8与H2微粒间的作用力是　　　　　　　　　 。

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[化学——物质结构与性质]（13分）

氢能是一种洁净的可再生能源，制备和储存氢气是氢能开发的两个关键环节。

Ⅰ 氢气的制取

（1）水是制取氢气的常见原料，下列说法正确的是　　 （填序号）。

A．H3O＋的空间构型为三角锥形

B．水的沸点比硫化氢高

C．冰晶体中，1 mol水分子可形成4 mol氢键

（2）科研人员研究出以钛酸锶为电极的光化学电池，用紫外线照射钛酸锶电极，使水分解产生氢气。已知钛酸锶晶胞结构如图，则其化学式为　　　　　　　　 。

Ⅱ 氢气的存储

（3）Ti(BH4)2是一种储氢材料。

①Ti原子在基态时的核外电子排布式是　　　　　　　　　　　　 。

②Ti(BH4)2可由TiCl4和LiBH4反应制得，TiCl4 熔点－25.0℃，沸点136.94℃，常温下是无色液体，则TiCl4晶体类型为　　　　　 。

（4）最近尼赫鲁先进科学研究中心借助ADF软件对一种新型环烯类储氢材料（C16S8）进行研究，从理论角度证明这种分子中的原子都处于同一平面上（结构如图所示），每个平面上下两侧最多可储存10个H2分子。

①元素电负性大小关系是：C　　 S（填“＞”、“＝”或“＜”）。

②分子中C原子的杂化轨道类型为　　　　　　 。

③有关键长数据如下：

从表中数据可以看出，C16S8中碳硫键键长介于C—S与C＝S之间，原因可能是：　　　　　　　　　　　 。

④C16S8与H2微粒间的作用力是　　　　　　　　　 。

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[2016·天津]氢能是发展中的新能源，它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节。回答下列问题：

（1）与汽油相比，氢气作为燃料的优点是　　　　　　　　　　　 (至少答出两点)。但是氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池，写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式：　　　　 。

（2）氢气可用于制备H2O2。已知：

H2(g)+A(l) B(l) ΔH1

O2(g)+B(l) A(l)+H2O2(l) ΔH2

其中A、B为有机物，两反应均为自发反应，则H2(g)+O2(g) H2O2(l)的ΔH　　　 0(填“>”、“<”或“=”)。

（3）在恒温恒容的密闭容器中，某储氢反应：MHx(s)+yH2(g)MHx+2y(s) ΔH<0达到化学平衡。下列有关叙述正确的是　　 。

a．容器内气体压强保持不变

b．吸收y mol H2只需1 mol MHx

c．若降温，该反应的平衡常数增大

d．若向容器内通入少量氢气，则v(放氢)>v(吸氢)

（4）利用太阳能直接分解水制氢，是最具吸引力的制氢途径，其能量转化形式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

（5）化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4。同时获得氢气：Fe+2H2O+2OH−+3H2↑，工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。

①电解一段时间后，c(OH−)降低的区域在　　 (填“阴极室”或“阳极室”)。

②电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因为　　　　　　　　　　　　　　　　 。

③c(Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

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氢能是发展中的新能源，它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节。回答下列问题：

（1）与汽油相比，氢气作为燃料的优点是_________(至少答出两点)。但是氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池，写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式：____________。

（2）氢气可用于制备H2O2。已知：

H2(g)+A(l)=B(l)　　 ΔH1

O2(g)+B(l)=A(l)+H2O2(l)　 ΔH2

其中A、B为有机物，两反应均为自发反应，则H2(g)+ O2(g)= H2O2(l)的ΔH____0(填“＞”、“<”或“=”)。

（3）在恒温恒容的密闭容器中，某储氢反应：MHx(s)+yH2(g)MHx+2y(s) ΔH<0达到化学平衡。下列有关叙述正确的是________。

a．容器内气体压强保持不变

b．吸收y mol H2只需1 mol MHx

c．若降温，该反应的平衡常数增大

d．若向容器内通入少量氢气，则v(放氢)＞v(吸氢)

（4）利用太阳能直接分解水制氢，是最具吸引力的制氢途径，其能量转化形式为_______。

（5）化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：Fe+2H2O+2OH−FeO42−+3H2↑，工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色的FeO42−，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。

①电解一段时间后，c(OH−)降低的区域在_______(填“阴极室”或“阳极室”)。

②电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是_______。

③c( Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：_____________。

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氢能是发展中的新能源，它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节。回答下列问题：

（1）与汽油相比，氢气作为燃料的优点是_________（至少答出两点）。但是氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池，写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式：____________。

（2）氢气可用于制备H2O2。已知：

H2（g）+A（l）=B（l）　　 ΔH1

O2（g）+B（l）=A（l）+H2O2（l）　 ΔH2

其中A、B为有机物，两反应均为自发反应，则H2（g）+ O2（g）= H2O2（l）的ΔH____0（填“＞”、“<”或“=”）。

（3）在恒温恒容的密闭容器中，某储氢反应：MHx（s）+yH2（g）MHx+2y（s） ΔH<0达到化学平衡。下列有关叙述正确的是________。

a.容器内气体压强保持不变

b.吸收y mol H2只需1 mol MHx

c.若降温，该反应的平衡常数增大

d.若向容器内通入少量氢气，则v（放氢）＞v（吸氢）

（4）利用太阳能直接分解水制氢，是最具吸引力的制氢途径，其能量转化形式为_______。

（5）化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：Fe+2H2O+2OH− FeO42−+3H2↑，工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色的FeO42−，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。

①电解一段时间后，c（OH−）降低的区域在_______（填“阴极室”或“阳极室”）。

②电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是_______。

③c（ Na2FeO4）随初始c（NaOH）的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c（ Na2FeO4）低于最高值的原因：_____________。

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氢能是发展中的新能源，它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节。回答下列问题：

（1）利用太阳能直接分解水制氢，是最具吸引力的制氢途径，其能量转化形式为___________________。

（2）氢气能源有很多优点，佴是氢气直接燃烧的能量转化率远低于燃料电池，写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式：_______________________________________。

（3）在一定条件下，1mol某金属氢化物MHX与ymolH2发生储氢反应生成1 mol新的金属氢化物，写出该反应的化学反应方程式：___________________________________。

（4）化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：Fe+2H2O+2OH−FeO42−+3H2↑，工作原理如图所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色的FeO42−，镍电极有气泡产生。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。

①电解一段时间后，c(OH−)降低的区域在_______（填“阴极室”或“阳极室”）。

②电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是_______。

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氢能是发展中的新能源，它的利用包括氯的制备、应用等环节。回答下列问题:

（1）氢气的制备

以太阳能为热源，热化学硫碘循环分解水是一种高效、无污染的制氢方法。其反应过程如图所示。

反应Ⅱ包含两步反应:

①H2SO4(1)=SO3(g)+H2O(g) ΔH=177kJ/mol

②2SO3(g)=2SO2(g)+O2(g)　 △H=196kJ/mol

写出反应Ⅱ的热化学反应方程式__________

（2）氯气的应用

CO2加氢制备甲酸(HCOOH)可用于回收利用CO2。温度为T1时，将等物质的量的CO2和H2充入体积为1L的密闭容器中发生反应:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)　 △H,化学平衡常数K=1

实验测得:v正=k正·c(CO2)·c(H2), v逆=k逆·c(HCOOH),k正、k逆为速率常数。

①当CO2的转化率为33.3%时，HCOOH的体积分数为_____(保留整数)。

②T1时，k逆=_________(用k正表示)。当升高温度至T2时，k逆=0.9k正，则△H____0(填“>”、“<"或“=”)。

③采用电还原法也可将CO2转化为甲酸根，用Sn为阴极、Pt为阳极，KHCO3溶液为电解液进行电解。CO2应通入______区(填“阳极”或“阴极”)，其电极反应式为__________

④可用NaHCO3代替CO2作为碳源加氢制备甲酸。向反应器中加入NaHCO3水溶液、A1粉、Cu粉，在300℃下反应。NaHCO3用量一定时，Al、Cu的用量对碳转化量影响结果如图。由图可知，曲线d相对其它三条曲线碳转化量变化不大的主要原因是__________，当碳转化量为30%时所采用的实验条件是____________。

。

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“氢能”被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。氢气的燃烧效率非常高，只要在汽油中加入4%的氢气，就可使内燃机节油40%。目前，氢能技术在美国、日本、欧盟等国家和地区已进入系统实施阶段。氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。

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

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

2H2S（g）=2H2（g）＋S2（g） ΔH＝169.8 kJ·mol－1

（1）以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。

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

（2）H2S热分解制氢气时，常向反应器中通入一定比例空气，使部分H2S燃烧，其目的是____________；燃烧生成的SO2与H2S进一步反应，生成物在常温下均为非气体，写出该反应的化学方程式：________________。

（3）H2O的热分解也可得到H2，高温下水分解体系中主要气体的体积分数与温度的关系如图1所示。图中A、B表示的物质依次是________。

（4）电解尿素[CO（NH2）2]的碱性溶液制氢的装置示意图见图2（电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极）。电解时，阳极的电极反应式为________________。

（5）Mg2Cu是一种储氢合金。350 ℃时，Mg2Cu与H2反应，生成MgCu2和仅含一种金属元素的氢化物（其中氢的质量分数为0.077）。Mg2Cu与H2反应的化学方程式为____________。

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氢能是发展中的新能源，它的利用包括氢的制备、保存和应用三个环节。回答下列问题：

（1）与汽油相比，氢气作为燃料的优点是______________（至少答出两点）。但是氢气直接燃烧的能量及转换率远低于燃料电池，写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式：_____________________________。

（2）氢气可用于制备H2O2。已知：H2(g)+A(l)=B(l) ΔH1 O2(g)+B(l)=A(l)+H2O2(l) ΔH2，其中A、B为有机物，两反应均为自发反应，则H2(g)+ O2(g)=H2O2(l)的ΔH____0(填“>”、“<”或“=”)。

（3）在恒温恒容的密闭容器中，某储氢反应：MHx(s)+yH2(g)=MHx+2y(s) ΔH<0达到化学平衡。下列有关叙述正确的是________。

a.容器内气体压强保持不变　　　　　　　 b.吸收y mol H2只需1 mol MHx

c.若降温，该反应的平衡常数增大　　　 d.若向容器内通入少量氢气，则v(放氢)>v(吸氢)

（4）利用太阳能直接分解水制氢，是最具吸引力的制氢途径，其能量转化形式为_______。

（5）化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：Fe+2H2O+2OH−  FeO42−+3H2↑，工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色的FeO42−，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。

①电解一段时间后，c(OH-)降低的区域在_______（填“阴极室”或“阳极室”）。

②电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是________________。

③c(Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：_______________________________________________。

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随着能源问题的进一步突出，氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的能源，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，开发氢能已引起各国的高度重视．

Ⅰ．（1）生产氢气的方式很多，写出工业生产中采用煤为原料制取氢气的化学反应方程式：　　　　　 。

（2）热化学硫碘循环分解水是一种高效、无污染的制氢方法。其反应过程如下图所示：

请回答下列问题；

①该循环工艺过程的总反应方程式为　　　　　　　　　 　　　 .

②运用化学平衡移动的原理分析，在HI分解反应中使用膜反应器分离出氢气的目的是　　　　　　　 。

（3）最近的研究发现，复合氧化物铁酸锰(MnFe2O4)也可以用于热化学循环分解水制氢，利用MnFe2O4热化学循环制氢的反应可表示为：

MnFe2O4热化学循环制氢的反应可表示为：

2MnFe2O42MnFe2O4－x＋XO2↑，MnFe2O4－x＋xH2O=MnFe2O4＋xH2↑

请认真分析上述两个反应并回答下列问地：

① 在反应中MnFe2O4是　　　　　　　　 (填“催化剂”或“中间产物”)，若MnFe2O4－x中x=0.8，则MnFe2O4－x中Fe2+占全部铁元素的百分比为　　 　　　　　　 。

②该热化学循环法制氢尚有不足之处，进一步改进的研究方向是　　　　　　 　　 ．

Ⅱ.（4）氢能的利用涉及氢的储存、运输和使用，镍和镧组成的一种合金LaNiX ，是较好的储氢材料，能快速可逆地存储和释放氢气。LaNix 的晶胞如右图，其储氢原理为：镧镍合金吸附H2，H2解离为原子，H储存在其中形成LaNixH6。LaNixH6中，x=　　 　　　　　 　 。该贮氢的镧镍合金、泡沫氧化镍、氢氧化钾溶液组成的镍氢电池被用于制作原子钟，反应原理为：LaNixH6+6NiO(OH) LaNix+6NiO+6H2O，电池放电时，发生氧化反应的电极反应式为：　　　　 　　　　　　 。

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