Question

(12分)氫能是重要的新能源。儲氫作為氫能利用的關(guān)鍵技術(shù)，是當(dāng)前關(guān)注的熱點之一。

（1）氫氣是清潔燃料，其燃燒產(chǎn)物為________。

（2）NaBH4是一種重要的儲氫載體，能與水反應(yīng)得到NaBO2，且反應(yīng)前后B的化合價不變，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________________________________，反應(yīng)消耗1 mol NaBH4時轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為________。

（3）儲氫還可借助有機(jī)物，如利用環(huán)己烷和苯之間的可逆反應(yīng)來實現(xiàn)脫氫和加氫：

在某溫度下，向恒容密閉容器中加入環(huán)己烷，其起始濃度為a mol·L－1，平衡時苯的濃度為b mol·L－1，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝________。

（4）一定條件下，如圖所示裝置可實現(xiàn)有機(jī)物的電化學(xué)儲氫(忽略其他有機(jī)物)。

①導(dǎo)線中電子移動方向為________。(用A、D表示)

②生成目標(biāo)產(chǎn)物的電極反應(yīng)式為__________________。

③該儲氫裝置的電流效率η＝____________________。(，計算結(jié)果保留小數(shù)點后1位)

 

Answer 1

（12分）（1）H2O（1分）

（2）NaBH4＋2H2O===NaBO2＋4H2↑

4NA或2.408×1024

（3） mol3·L－3

（4）①A→D（1分） ②C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12 ③64.3%

【解析】

試題分析：（1）氫氣在氧氣中燃燒的產(chǎn)物是H2O；

（2）根據(jù)題意可知NaBH4中B的化合價不變，始終是+3價，則H元素的化合價是-1價，所以與水反應(yīng)的產(chǎn)物還有氫氣，化學(xué)方程式為NaBH4＋2H2O===NaBO2＋4H2↑；反應(yīng)消耗1 mol NaBH4時，生成4mol氫氣，其中一半是氧化產(chǎn)物，一半是還原產(chǎn)物，所以轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目是2mol×2×NA=4NA；

（3）平衡時苯的濃度是b mol·L－1，則氫氣的濃度是3 b mol·L－1，環(huán)己烷的平衡濃度是（a- b ）mol·L－1，屬于該反應(yīng)的平衡常數(shù)K= b mol·L－1×（3 b mol·L－1）3/（a- b ）mol·L－1= mol3·L－3

（4）①根據(jù)圖示可知，苯生成環(huán)己烷是還原反應(yīng)，所以D是陰極，則A是負(fù)極，所以電子的流向是A→D；

②苯得到電子生成環(huán)己烷是目標(biāo)產(chǎn)物，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12

③陽極生成的2.8mol氣體應(yīng)是氧氣，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是2.8mol×4=11.2mol,設(shè)陰極消耗苯的物質(zhì)的量是xmol，轉(zhuǎn)移6xmol電子，生成xmol環(huán)己烷，根據(jù)得失電子守恒可知，陰極還產(chǎn)生氫氣，物質(zhì)的量是（11.2-6x）/2mol，10mol的混合氣中苯的物質(zhì)的量是10mol×24%=2.4mol,后來得到含苯10%的混合氣，則剩余苯的物質(zhì)的量是(2.4-x)mol,由于電解池中的高分子電解質(zhì)膜只允許氫離子通過，所以左側(cè)得到的含苯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)是10%的混合氣的物質(zhì)的量是[10+（11.2-6x）/2]mol，所以(2.4-x)/ [10+（11.2-6x）/2]=10%，解得x=1.2，電流效率η=6×1.2/11.2×100%=64.3%。

考點：考查氧化還原反應(yīng)的計算，平衡常數(shù)的表達(dá)，電解反應(yīng)原理的應(yīng)用