19. (2025·江苏扬州模拟)氢气既是一种极具发展潜力的清洁能源也是重要的化工原料,其储存和运输成为当下重要的研究方向。
Ⅰ. 高压气态储存
(1)将氢气压缩至高压(通常为 350 个大气压或 700 个大气压),储存在耐高压容器中。从微观角度分析,在压缩过程中发生改变的是,这种方法的缺点是。
Ⅱ. 化学吸附储存
(2)Mg₂Cu 合金是一种重要的储氢材料,在制取 Mg₂Cu 合金过程中第一步是将无水 CuBr₂溶解于无水乙腈中,然后加入过量镁粉,在氩气保护下,于 50℃缓慢搅拌反应 2h,此反应能够发生因为镁的金属活动性比铜(填“强”或“弱”),搅拌过程中,通入氩气的目的是。
(3)在高温高压储氢装置内,350℃、5MPa 的氢气气氛下进行氢化,Mg₂Cu 合金与氢气发生反应生成 MgH₂和 MgCu₂,写出上述过程发生反应的化学方程式:,反应后测定了 Mg₂Cu 在不同氢化时间的 XRD 图谱,结果如图所示,则最佳氢化时间为小时。

(4)此储氢材料可用于氢能源汽车,其释放氢气的方法主要有两种,分别为热解放氢与水解产氢,热解放氢的过程发生的总反应可表示为 MgH₂ $\xlongequal{△}$ Mg + H₂↑;水解产氢的原理是 MgH₂与水生成氢气,其反应的化学方程式为。相比于热解放氢,水解产氢的优点有。
Ⅲ. 有机液体储存
(5)通过二氧化碳与氢气在催化剂作用下转化为甲醇(CH₃OH)、甲酸(HCOOH)等有机液体,运输后再脱氢释放氢气。例如 CO₂ + 3H₂ $\xlongequal{催化剂}$ CH₃OH + X,则 X 的化学式为,这种方法得到的甲醇被称为“零碳甲醇”,此名称包含的化学意义是。

19. (1)分子间间隔 需要耐高压容器,成本高,有安全隐患 (2)强 作保护气,防止镁等被氧化 (3)2Mg₂Cu + 3H₂ $\xlongequal[5MPa]{350℃}$ 3MgH₂ + MgCu₂ 4 (4)MgH₂ + 2H₂O = Mg(OH)₂ + 2H₂↑ 可以释放更多的氢气、反应条件温和(或不需要加热等) (5)H₂O 该甲醇中的碳元素来自二氧化碳,在整个转化和使用过程中,没有额外向环境中排放新的碳元素
点拨:(1)从微观角度看,在压缩氢气的过程中,氢气分子的数目不变,分子的大小不变,但是分子间的间隔变小;这种高压气态储存方法的缺点是需要耐高压容器,对容器的要求高,成本较高,而且存在一定的安全隐患(如高压可能导致容器破裂等)。(2)因为镁能将 CuBr₂中的铜置换出来,所以镁的金属活动性比铜强,在搅拌过程中,通入氩气的目的是作保护气,防止镁等物质被空气中的氧气氧化。(3)Mg₂Cu 合金与氢气发生反应生成 MgH₂和 MgCu₂,根据质量守恒定律配平化学方程式为 2Mg₂Cu + 3H₂ $\xlongequal[5MPa]{350℃}$ 3MgH₂ + MgCu₂;观察 XRD 图谱,c 有少量 Mg₂Cu,d 中没有 Mg₂Cu,因为需要 350℃、5MPa 的高温高压环境,考虑经济效益,4h 时间较为合适,所以最佳氢化时间为 4h。(4)根据题意,MgH₂与水反应生成氢气,由质量守恒定律可知,另一种产物为 Mg(OH)₂,化学方程式为 MgH₂ + 2H₂O = Mg(OH)₂ + 2H₂↑;热解放氢需要加热,消耗能量,而水解产氢在常温下即可进行,操作相对简单,不需要额外消耗大量热能;所以优点有反应条件温和,不需要加热;从化学方程式可知,26 份质量的 MgH₂通过热解放氢可以释放 2 份质量的氢气,通过水解产氢可以释放 4 份质量的氢气,所以水解产氢的优点有可以释放更多的氢气。(5)根据质量守恒定律,化学反应前后原子的种类和数目不变,X 的化学式为 H₂O;这种方法得到的甲醇被称为“零碳甲醇”,化学意义是:该甲醇中的碳元素来自二氧化碳,在整个转化和使用过程中,没有额外向环境中排放新的碳元素(从碳的循环角度,二氧化碳中的碳转化为甲醇,碳元素没有新增排放)。

20. CO₂的捕集与资源化利用是实现“双碳”目标的重要手段。利用 CaO 高温捕集 CO₂是目前很有前景的技术之一。
(1)制备 CaO。以蛋壳(主要成分为 CaCO₃,还有少量有机物等杂质)为原料可采用两种方法制备 CaO:
方法一:将蛋壳粉碎后,800℃煅烧,得到 CaO。
方法二:将蛋壳粉碎后,用醋酸(CH₃COOH)将蛋壳中的碳酸钙转化为醋酸钙[Ca(CH₃COO)₂]后,800℃煅烧,得到 CaO。
已知: a. 醋酸钙在空气中 800℃煅烧时,反应的化学方程式为 Ca(CH₃COO)₂ + 4O₂ $\xlongequal{800℃}$ CaO + 4CO₂ + 3H₂O。
b. 制得的 CaO 固体越疏松多孔,捕集 CO₂的效果越好。
①方法一煅烧过程中有烧焦羽毛的气味,说明蛋壳中含有(填序号)。
a. 蛋白质
b. 糖类
c. 油脂
②含有 Ca²⁺的盐称为钙盐。下列关于方法二中醋酸与碳酸钙的反应,说法正确的是(填序号)。
a. CaCO₃和 Ca(CH₃COO)₂均属于钙盐
b. 无色酚酞溶液遇醋酸溶液显红色
c. 醋酸与碳酸钙反应生成醋酸钙的同时,有 CO₂气体生成
③研究表明:方法二制得的 CaO 捕集 CO₂的效果比方法一的更好,原因是。
(2)捕集 CO₂。640℃时 CaO 能与 CO₂反应生成 CaCO₃,固定封存 CO₂。28g CaO 最多能捕集 CO₂的质量是多少? (写出计算过程)
(3)CO₂的资源化利用。光照条件下,将捕集的 CO₂催化转化为高价值燃料的反应过程如图所示。该转化过程分两步进行:

第一步: 光照时,H₂在催化剂表面失去 e⁻转化为 H⁺。
第二步: CO₂在催化剂表面获得不同数目的e⁻和 H⁺,分别转化为甲、乙、丙等含一个碳原子的分子。
①如图中产物甲的化学式为。
②已知生成 1 个乙分子时有 2 个 e⁻参加反应,则生成一个丙分子时,需要有个 e⁻参加反应。

20. (1)①a ②ac ③获得等量的氧化钙固体,方法二产生的气体比方法一的多,导致方法二生成的氧化钙更疏松多孔 (2)22g (3)①CH₄ ②6
点拨:(1)①蛋白质灼烧有烧焦羽毛的气味,方法一煅烧过程中有烧焦羽毛的气味,说明蛋壳中含有蛋白质,故选 a。②由酸根离子和金属阳离子或铵根离子组成的化合物为盐,CaCO₃和 Ca(CH₃COO)₂均属于钙盐,故 a 正确;无色酚酞溶液遇醋酸溶液不变色,故 b 错误;醋酸与碳酸钙反应生成醋酸钙的同时,有 CO₂气体生成,故 c 正确;故选 ac。③研究表明:方法二制得的 CaO 捕集 CO₂的效果比方法一的更好,原因是获得等量的氧化钙固体,方法二产生的气体比方法一的多,导致方法二生成的氧化钙更疏松多孔。
(2)设 28g CaO 最多捕集 CO₂的质量为 x,
CaO + CO₂ $\xlongequal{640℃}$ CaCO₃
56 44
28g x
$\frac{56}{44}$ = $\frac{28g}{x}$
x = 22g
(3)①小白球表示氢原子,小黑球表示碳原子,因此产物甲的化学式为 CH₄。②二氧化碳中碳元素的化合价为 +4 价,乙为一氧化碳,碳元素的化合价为 +2 价,生成 1 个乙分子时有 2 个 e⁻参加反应;甲醇中碳元素为 -2 价,则生成一个丙分子(甲醇)时,需要有 6 个 e⁻参加反应。