Question

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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Answer

2H2SO4(1)=2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g) △H=550kJ/mol 20% k正 > 阴极 2CO2+2e-+H2O=HCOO-+HCO3- Al的用量对碳转化量影响较大，曲线d中Al的用量少 150min, a 180min, b

【解析】（1）反应①+②可以得出反应Ⅱ的热化学反应方程式：2H2SO4(1)=2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g) △H=550kJ/mol

（2）①假设加入的二氧化碳和氢气均为1mol，CO2的转化率为33.3%，那么生成HCOOH0.33mol，剩余二氧化碳和氢气物质的量为0.667mol，HCOOH的体积分数为；

②已知v正=k正·c(CO2)·c(H2), v逆=k逆·c(HCOOH)，当达到化学平衡时v正=v逆，所以k正·c(CO2)·c(H2)=k逆·c(HCOOH)，可得，又因为K=1，所以得出k正·=k逆；当升高温度至T2时，k逆=0.9k正，说明平衡正向移动，正向吸热，△H>0。

③CO2转化为甲酸根C原子的化合价降低，得到电子，应该在阴极发生反应，所以CO2应通入阴极，电极反应式为2CO2+2e-+H2O=HCOO-+HCO3-

④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：Al的用量对碳转化量影响较大，曲线d中Al的用量少；通过图像可知，当碳转化量为30%时所采用的实验条件是：150min, a 180min, b。