10 [2024 南通改编]氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。
Ⅰ.制取氢气。
(1) 实验室用金属锌和稀硫酸反应制取氢气,该反应的化学方程式为
$\ce{Zn + H_{2}SO_{4} = ZnSO_{4} + H_{2}\uparrow}$
。
(2) 高温下 C 与水蒸气反应生成 CO 和 $\ce{H_{2}}$,CO 和水蒸气继续反应得到 $\ce{CO_{2}}$ 和 $\ce{H_{2}}$。
① CO 和水蒸气反应的化学方程式为
$\ce{CO + H_{2}O\xlongequal{高温}CO_{2} + H_{2}}$
。
② 反应后的气体中含有 $\ce{H_{2}}$、CO、$\ce{CO_{2}}$ 及水蒸气,向其中加入一定量的 CaO 可提高 $\ce{H_{2}}$ 在混合气体中的百分含量,原因是
CaO能吸收水蒸气,使得混合气体的总体积减小
。
(3) 利用太阳能电厂富余电力电解水制氢,电极上微观粒子的变化情况如图甲所示。太阳能属于
可再生能源
(填“可再生能源”或“不可再生能源”)。B 电极表面生成 $\ce{H_{2}}$ 的过程可描述为
每个氢离子在 B 电极表面得到 1 个电子变成氢原子,2 个氢原子结合成 1 个氢分子,氢分子聚集成氢气
。
Ⅱ.储存氢气。

(4) 碳纳米管(如图乙)与活性炭均具有疏松多孔的结构,研究表明碳纳米管吸附储氢的能力是活性炭的 10 倍。碳纳米管吸附储氢属于
物理
变化。
(5) $\ce{Mg_{2}Cu}$ 是一种储氢合金。$350\ °\mathrm{C}$时,$\ce{Mg_{2}Cu}$ 与 $\ce{H_{2}}$ 反应生成 $\ce{MgH_{n}}$,$\ce{MgH_{n}}$ 中 Mg 与 H 的质量比为 $12:1$,则 $n=$
2
。
解析:
【分析】本题围绕氢气的制取与储存展开,涵盖化学方程式书写、能源分类、电解水微观过程、变化类型判断及化学式计算等知识点。解题时需逐个分析各小问,回忆对应化学知识:(1) 实验室制氢气的反应方程式;(2) CO与水蒸气的反应及CaO的作用;(3) 能源分类和电解水的电极反应微观过程;(4) 物理变化的判断;(5) 根据元素质量比计算化学式中原子个数。
【解析】
(1) 锌与稀硫酸发生置换反应,生成硫酸锌和氢气,化学方程式为:$\ce{Zn + H_{2}SO_{4} = ZnSO_{4} + H_{2}\uparrow}$。
(2) ① CO与水蒸气在高温下反应,生成二氧化碳和氢气,化学方程式为:$\ce{CO + H_{2}O\xlongequal{高温}CO_{2} + H_{2}}$;② CaO能吸收混合气体中的水蒸气,使得混合气体的总体积减小,从而提高H₂的百分含量。
(3) 太阳能可源源不断从自然界获取,属于可再生能源;B电极表面,每个氢离子得到1个电子变为氢原子,2个氢原子结合成1个氢分子,氢分子聚集成氢气,对应生成H₂的过程。
(4) 碳纳米管吸附储氢过程中没有新物质生成,属于物理变化。
(5) $\ce{MgH_{n}}$中Mg与H的质量比为$24:(1×n)=12:1$,解得$n=2$。
【答案】
(1) $\ce{Zn + H_{2}SO_{4} = ZnSO_{4} + H_{2}\uparrow}$
(2) ① $\ce{CO + H_{2}O\xlongequal{高温}CO_{2} + H_{2}}$;② CaO能吸收水蒸气,使得混合气体的总体积减小
(3) 可再生能源;每个氢离子在B电极表面得到1个电子变成氢原子,2个氢原子结合成1个氢分子,氢分子聚集成氢气
(4) 物理
(5) 2
【知识点】
化学方程式书写、能源分类、电解水原理、物理变化判断、化学式计算
【点评】
本题结合氢能源的制取与储存,综合考查多个基础化学知识点,题型基础,注重对核心概念和反应的理解,适合学生巩固相关知识,难度适中。
【难度系数】
0.6