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更新时间：2010-02-23 00:08:16
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元素化学06：氢、氧和水

（时间：3小时满分：100分）

第[i]题（7分）离子型氢化物

氢元素可以和金属元素化合生成离子型化合物和配合物

1．写出CaH₂与Na₂CO₃溶液的反应的方程式；

2．写出NaBH₄、LiAlH₄分别与水反应的方程式；

3．在两个烧杯中分别有100g蒸馏水，在第一个烧杯中加2g固体A，在第二各烧杯中加入2g固体B，两种物质均完全和水反应，且在两种情况下都放出相同体积的气体C，然后向两个烧杯各通入1.12L CO₂气体，使与其中含有的物质完全反应，同时形成相同质量的盐，当向两个烧杯继续通入1.12L CO₂时，第一个烧杯中盐的质量增加了0.62倍，第二个烧杯中盐的质量没有变化。试确定A、B、C的化学式。

第[ii]题（8分）O₂的溶解和去除

1．光学实验表明：氧溶于水后有氧的水合物O₂·H₂O和O₂·2H₂O生成，其中后者较不稳定，写出它们的结构简式；

2．已知氧气在水中的溶解度为氮气的2倍，考虑到空气中氮气和氧气的含量，估算空气溶于水后的氧气和氮气的体积比。

3．通电分解水实验所产生的O₂和H₂的体积比（理论值）为1︰2。已知，在标准状况下H₂的密度为0.0899g/L，O₂的密度为1.429g/L。但根据该实验计算得到的O₂的密度为1.438g/L。试分析O₂的密度出现误差的主要原因（不包括操作失误和仪器失准所致）。

4．除去高压锅炉用水中溶解的氧气常用的试剂有N₂H₄（肼）、Na₂SO₃。

（1）写出两种试剂和O₂的反应方程式；

（2）与N₂H₄相比，用Na₂SO₃的缺点是什么？

第[iii]题（13分）氢能源

能源是当今社会发展的三大支柱之一，是制约国家经济发展的瓶颈。目前，我国的能源结构主要是煤，还有石油、天然气、核能等，这些能源都是一次不可再生且污染环境的能源，研究和开发清洁而又用之不竭的能源是未来发展的首要任务。科学家预测“氢能”将是未来21世纪最理想的新能源。氢能是利用氢气的燃烧反应放热提供能量，即H₂＋1/2O₂＝H₂O，ΔH＝－284kJ。

1．当今社会发展的三大支柱除能源外，还包括哪2项；

2．试分析为什么“氢能”将是未来21世纪最理想的新能源？

3．目前世界上的氢绝大部分是从石油、煤炭和天然气中制取。如：用水蒸气与炽热的碳反应为C＋H₂O＝CO＋H₂。请在写出由天然气制取氢的反应方程式。并分析此类制氢是否是理想的长久方法。

4．利用硫－碘热循环法制取氢也是化学家常用的一种方法，总反应方程式为2H₂O 2H₂＋O₂，其循环过程分三步进行：

① SO₂＋I₂＋H₂O→A＋B ② A→？＋？ ③ B→？＋？＋？

（1）完成以上三步反应，并确定哪步反应最难进行。

第[i]题（7分）

1．CaH₂＋Na₂CO₃十2H₂O＝CaCO₃＋2NaOH＋2H₂↑（1.5分）

2．NaBH₄＋2H₂O＝NaBO₂＋4H₂↑ LiAlH₄＋4H₂O＝LiOH＋Al(OH)₃＋4H₂↑（各1分）

3．Ca、KH（各1.5分） H₂（0.5分）

第[ii]题（8分）

1．（1分）（1分）

2．1︰2（1.5分）

3．氧气的溶解度较氢气大（氧气可以通过氢键和水形成O₂·H₂O），所以收集的体积就小，计算结果偏大！（1.5分）

4．（1）N₂H₄＋O₂＝N₂＋2H₂O 2Na₂SO₃＋O₂＝2Na₂SO₄（各1分）

（2）Na₂SO₄为电解质，对锅炉材料有腐蚀作用（或加速了电化学腐蚀作用）（1分）

第[iii]题（13分）

1．材料信息（各0.5分）

2．①氢能是最理想的清洁能源之一。氢气燃烧的唯一产物是水，无环境污染问题。②氢能是一种二次能源。自然界不存在纯氢，必须从含氢的物质中制得氢作为水的组成，可以说资源丰富。而且氢能是可以利用其它能源（如热能、电能、太阳能和核能等）来制取的二次可再生能源。③氢作为能源放出的能量远远大于煤、石油、天然气等能源。④另外，氢气是一种理想的能源载体。氢气具有可储、可输的性质，可作为一种能源储存和运输。储能可以达到合理利用能源的目的。氢能也可进行大规模运输。（各0.5分，基本答对其中三点大意给满分）

3．CH₄＋H₂O＝CO＋3H₂ 碳、天然气、石油资源面临枯竭，该反应尚需消耗很高的能量（该反应为吸热反应），因此，此法不是理想的长久的方法。（各1分）

4．（1）①SO₂＋I₂＋H₂O＝2HI＋H₂SO₄ ②2HI＝H₂＋I₂ ③2H₂SO₄＝2SO₂＋O₂＋2H₂O

反应③最难进行（各0.5分）

（2）该循环过程需要很高的热能，也就是说在较高温度下才能进行，生成的SO₂和I₂可以循环使用，其它产物对环境无污染，但耗能太大，所以此法也不可取，若把太阳能用到上述循环中，该工艺将是合理的。（1分）

5．（1）电解1mol水消耗能量284kJ（根据氢气燃烧热确定），1m³ H₂约45mol（标准状态估算），能量利用率约88%（±4%）。（1.5分）

（2）通过太阳能发电或风能、海洋能、生物能、地热能电站产生的电能来制氢，可以降低氢的成本。（1分）

6．光合作用寻找合适的光分解催化剂，它能在光照下促使水的分解速度加快。（各1分）

7．管道运输（可以把现有的天然气和城市煤气管道输送系统改造为氢气输送系统）；

金属储氢材料储存后再运输。（各0.5分）

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