Question

20．氫能是發(fā)展中的新能源，它的利用包括氫的制備、儲存和應用三個環(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）．
但是氫氣直接燃燒的能量轉換率遠低于燃料電池，寫出堿性氫氧燃料電池的負極反應式：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為有機物，兩反應均為自發(fā)反應，則H₂（g）+O₂（g）═H₂O₂（l）的△H=＜0（填“＞”或“=”）
（3）在恒溫恒容的密閉容器中，某儲氫反應：MH_x（s）+yH₂（g）?MH_x+2y（s）△H＜0達到化學平衡．下列有關敘述正確的是ac
a．容器內氣體壓強保持不變
b．吸收ymol H₂只需1mol MH_x
c．若降溫，該反應的平衡常數增大
d．若向容器內通入少量氫氣，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，其能量轉化形式為將光能轉化為化學能．
（5）化工生產的副產氫也是氫氣的來源，電解法制取有廣泛用途的Na₂FeO₄．同時獲得氫氣：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-，鎳電極有氣泡產生．若氫氧化鈉溶液濃度過高，鐵電極區(qū)會產生紅褐色物質．已知：Na₂FeO₄只在強堿性條件下穩(wěn)定，易被H₂還原．
①電解一段時間后，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，須將陰極產生的氣體及時排出，其原因為防止Na₂FeO₄與H₂反應使產率降低．
③c（Na₂FeO₄）隨初始c（NaOH）的變化如圖2，任選M、N兩點中的一點，分析c（Na₂FeO₄）低于最高值的原因M點：c（OH^-）低，Na₂FeO₄穩(wěn)定性差，且反應慢（或N點：c（OH^-）過高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na₂FeO₄產率降低）．

Answer 1

分析 （1）與汽油相比，氫氣作為燃料的優(yōu)點有污染小、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極反應式為H₂+2OH^--2e^-=2H₂O；
（2）①H₂（g）+A（l）=B（l）△H₁，②O₂（g）+B（l）=A（l）+H₂O₂（l）△H₂，兩反應的△S＜0，根據△G=△H-T△S，因為均為兩反應自發(fā)反應，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，該反應屬于氣體的物質的量發(fā)生變化的反應，a．平衡時氣體的物質的量不變，容器內氣體壓強保持不變；b．該反應為可逆反應，不能完全轉化，吸收ymol H₂需大于1mol MH_x；c．若降溫，平衡正向移動，該反應的平衡常數增大；d．若向容器內通入少量氫氣，相當于增大壓強，平衡正向移動，則v（放氫）＜v（吸氫）；
（4）利用太陽能直接分解水制氫，是將光能轉化為化學能；
（5）①根據題意鎳電極有氣泡產生是氫離子放電生成氫氣，鐵電極發(fā)生氧化反應，溶液中的氫氧根離子減少；
②氫氣具有還原性，根據題意Na₂FeO₄只在強堿性條件下穩(wěn)定，易被H₂還原．電解過程中，須將陰極產生的氣體及時排出，防止Na₂FeO₄與H₂反應使產率降低；
③根據題意Na₂FeO₄只在強堿性條件下穩(wěn)定，在M點，c（OH^-）低，Na₂FeO₄穩(wěn)定性差，且反應慢，在N點：c（OH^-）過高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na₂FeO₄產率降低．

解答 解：（1）與汽油相比，氫氣作為燃料的優(yōu)點有污染小、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極反應式為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）△H₂，兩反應的△S＜0，根據△G=△H-T△S，因為均為兩反應自發(fā)反應，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，該反應屬于氣體的物質的量發(fā)生變化的反應，a．平衡時氣體的物質的量不變，容器內氣體壓強保持不變，正確；b．該反應為可逆反應，不能完全轉化，吸收ymol H₂需大于1mol MH_x，錯誤；c．若降溫，平衡正向移動，該反應的平衡常數增大，正確；d．若向容器內通入少量氫氣，相當于增大壓強，平衡正向移動，則v（放氫）＜v（吸氫），錯誤；
故選ac；
（4）利用太陽能直接分解水制氫，是將光能轉化為化學能，
故答案為：將光能轉化為化學能；
（5）①根據題意鎳電極有氣泡產生是氫離子放電生成氫氣，鐵電極發(fā)生氧化反應，溶液中的氫氧根離子減少，因此電解一段時間后，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，根據題意Na₂FeO₄只在強堿性條件下穩(wěn)定，易被H₂還原．電解過程中，須將陰極產生的氣體及時排出，防止Na₂FeO₄與H₂反應使產率降低，
故答案為：防止Na₂FeO₄與H₂反應使產率降低；
③根據題意Na₂FeO₄只在強堿性條件下穩(wěn)定，在M點，c（OH^-）低，Na₂FeO₄穩(wěn)定性差，且反應慢，在N點：c（OH^-）過高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na₂FeO₄產率降低，
故答案為：M點：c（OH^-）低，Na₂FeO₄穩(wěn)定性差，且反應慢（或N點：c（OH^-）過高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na₂FeO₄產率降低）．

點評 本題主要考查了化學反應中的能量變化、化學平衡狀態(tài)的判斷、電解原理及其應用的相關知識，題目難度中等．