Question

20．氫能是發(fā)展中的新能源，它的利用包括氫的制備、儲(chǔ)存和應(yīng)用三個(gè)環(huán)節(jié)．回答下列問題：

（1）與汽油相比，氫氣作為燃料的優(yōu)點(diǎn)是污染小、可再生、來源廣、資源豐富、燃燒熱值高（至少答出兩點(diǎn)）．
但是氫氣直接燃燒的能量轉(zhuǎn)換率遠(yuǎn)低于燃料電池，寫出堿性氫氧燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式：H₂+2OH^--2e^-=2H₂O．
（2）氫氣可用于制備H₂O₂．已知：
H₂（g）+A（l）═B（l）△H₁
O₂（g）+B（l）═A（l）+H₂O₂（l）△H₂ 
其中A、B為有機(jī)物，兩反應(yīng)均為自發(fā)反應(yīng)，則H₂（g）+O₂（g）═H₂O₂（l）的△H=＜0（填“＞”或“=”）
（3）在恒溫恒容的密閉容器中，某儲(chǔ)氫反應(yīng)：MH_x（s）+yH₂（g）?MH_x+2y（s）△H＜0達(dá)到化學(xué)平衡．下列有關(guān)敘述正確的是ac
a．容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)保持不變
b．吸收ymol H₂只需1mol MH_x
c．若降溫，該反應(yīng)的平衡常數(shù)增大
d．若向容器內(nèi)通入少量氫氣，則v（放氫）＞v（吸氫）
（4）利用太陽能直接分解水制氫，是最具吸引力的制氫途徑，其能量轉(zhuǎn)化形式為將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能．
（5）化工生產(chǎn)的副產(chǎn)氫也是氫氣的來源，電解法制取有廣泛用途的Na₂FeO₄．同時(shí)獲得氫氣：Fe+2H₂O+2OH^-→FeO₄^2-+3H₂↑，裝置如圖所示，裝置通電后，鐵電極附近生成紫紅色FeO₄^2-，鎳電極有氣泡產(chǎn)生．若氫氧化鈉溶液濃度過高，鐵電極區(qū)會(huì)產(chǎn)生紅褐色物質(zhì)．已知：Na₂FeO₄只在強(qiáng)堿性條件下穩(wěn)定，易被H₂還原．
①電解一段時(shí)間后，c（OH^-）降低的區(qū)域在陽極室（填“陰極室”或“陽極室”）．
②電解過程中，須將陰極產(chǎn)生的氣體及時(shí)排出，其原因?yàn)榉乐筃a₂FeO₄與H₂反應(yīng)使產(chǎn)率降低．
③c（Na₂FeO₄）隨初始c（NaOH）的變化如圖2，任選M、N兩點(diǎn)中的一點(diǎn)，分析c（Na₂FeO₄）低于最高值的原因M點(diǎn)：c（OH^-）低，Na₂FeO₄穩(wěn)定性差，且反應(yīng)慢（或N點(diǎn)：c（OH^-）過高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na₂FeO₄產(chǎn)率降低）．

Answer 1

分析 （1）與汽油相比，氫氣作為燃料的優(yōu)點(diǎn)有污染小、可再生、來源廣、資源豐富、燃燒熱值高等；堿性氫氧燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為H₂+2OH^--2e^-=2H₂O；
（2）①H₂（g）+A（l）=B（l）△H₁，②O₂（g）+B（l）=A（l）+H₂O₂（l）△H₂，兩反應(yīng)的△S＜0，根據(jù)△G=△H-T△S，因?yàn)榫鶠閮煞磻?yīng)自發(fā)反應(yīng)，因此△H均小于0，將①+②得：H₂（g）+O₂（g）=H₂O₂（l）的△H=△H₁+△H₁＜0；
（3）MH_x（s）+yH₂（g）?MH_x+2y（s）△H＜0，該反應(yīng)屬于氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化的反應(yīng)，a．平衡時(shí)氣體的物質(zhì)的量不變，容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)保持不變；b．該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，不能完全轉(zhuǎn)化，吸收ymol H₂需大于1mol MH_x；c．若降溫，平衡正向移動(dòng)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)增大；d．若向容器內(nèi)通入少量氫氣，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，則v（放氫）＜v（吸氫）；
（4）利用太陽能直接分解水制氫，是將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；
（5）①根據(jù)題意鎳電極有氣泡產(chǎn)生是氫離子放電生成氫氣，鐵電極發(fā)生氧化反應(yīng)，溶液中的氫氧根離子減少；
②氫氣具有還原性，根據(jù)題意Na₂FeO₄只在強(qiáng)堿性條件下穩(wěn)定，易被H₂還原．電解過程中，須將陰極產(chǎn)生的氣體及時(shí)排出，防止Na₂FeO₄與H₂反應(yīng)使產(chǎn)率降低；
③根據(jù)題意Na₂FeO₄只在強(qiáng)堿性條件下穩(wěn)定，在M點(diǎn)，c（OH^-）低，Na₂FeO₄穩(wěn)定性差，且反應(yīng)慢，在N點(diǎn)：c（OH^-）過高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na₂FeO₄產(chǎn)率降低．

解答 解：（1）與汽油相比，氫氣作為燃料的優(yōu)點(diǎn)有污染小、可再生、來源廣、資源豐富、燃燒熱值高等；堿性氫氧燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為H₂+2OH^--2e^-=2H₂O，
故答案為：污染小、可再生、來源廣、資源豐富、燃燒熱值高；H₂+2OH^--2e^-=2H₂O；
（2）①H₂（g）+A（l）=B（l）△H₁，②O₂（g）+B（l）=A（l）+H₂O₂（l）△H₂，兩反應(yīng)的△S＜0，根據(jù)△G=△H-T△S，因?yàn)榫鶠閮煞磻?yīng)自發(fā)反應(yīng)，因此△H均小于0，將①+②得：H₂（g）+O₂（g）=H₂O₂（l）的△H=△H₁+△H₂＜0，
故答案為：＜；
（3）MH_x（s）+yH₂（g）?MH_x+2y（s）△H＜0，該反應(yīng)屬于氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化的反應(yīng)，a．平衡時(shí)氣體的物質(zhì)的量不變，容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)保持不變，正確；b．該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，不能完全轉(zhuǎn)化，吸收ymol H₂需大于1mol MH_x，錯(cuò)誤；c．若降溫，平衡正向移動(dòng)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)增大，正確；d．若向容器內(nèi)通入少量氫氣，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，則v（放氫）＜v（吸氫），錯(cuò)誤；
故選ac；
（4）利用太陽能直接分解水制氫，是將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，
故答案為：將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；
（5）①根據(jù)題意鎳電極有氣泡產(chǎn)生是氫離子放電生成氫氣，鐵電極發(fā)生氧化反應(yīng)，溶液中的氫氧根離子減少，因此電解一段時(shí)間后，c（OH^-）降低的區(qū)域在陽極室，
故答案為：陽極室；
②氫氣具有還原性，根據(jù)題意Na₂FeO₄只在強(qiáng)堿性條件下穩(wěn)定，易被H₂還原．電解過程中，須將陰極產(chǎn)生的氣體及時(shí)排出，防止Na₂FeO₄與H₂反應(yīng)使產(chǎn)率降低，
故答案為：防止Na₂FeO₄與H₂反應(yīng)使產(chǎn)率降低；
③根據(jù)題意Na₂FeO₄只在強(qiáng)堿性條件下穩(wěn)定，在M點(diǎn)，c（OH^-）低，Na₂FeO₄穩(wěn)定性差，且反應(yīng)慢，在N點(diǎn)：c（OH^-）過高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na₂FeO₄產(chǎn)率降低，
故答案為：M點(diǎn)：c（OH^-）低，Na₂FeO₄穩(wěn)定性差，且反應(yīng)慢（或N點(diǎn)：c（OH^-）過高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na₂FeO₄產(chǎn)率降低）．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了化學(xué)反應(yīng)中的能量變化、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、電解原理及其應(yīng)用的相關(guān)知識(shí)，題目難度中等．