Question

7．20世紀70年代以后，由于對氫能源的研究和開發(fā)日趨重要，首先要解決氫氣的安全貯存和運輸問題，儲氫材料和儲氫技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，是大家關(guān)注的熱點之一．儲氫材料范圍由金屬擴展至合金甚至有機物領(lǐng)域，根據(jù)信息材料請回答以下問題：
（1）金屬鋰是一種重要的儲氫材料，吸氫和放氫原理如下：
I．2Li+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2LiHⅡ．LiH+H₂O=LiOH+H₂↑
已知LiH固體密度為0.8g/cm³，用鋰吸收11.2L（標準狀況）H₂，生成的LiH體積與被吸收的H₂體積比為$\frac{1}{1120}$．
（2）NaBH₄（氫元素為-1價）也是一種重要的儲氫載體，能與水反應(yīng)得到NaBO₂，且反應(yīng)前后B的化合價不變，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為NaBH₄+2H₂O═NaBO₂+4H₂↑．
（3）鎂鋁合金（Mg₁₇Al₁₂）是一種潛在的貯氫材料，可在氬氣保護下，將一定化學(xué)計量比的Mg、Al單質(zhì)在一定溫度下熔煉獲得．該合金在一定條件下完全吸氫的反應(yīng)方程式為Mg₁₇Al₁₂+17H₂=17MgH₂+12Al．得到的混合物Y（17MgH₂+12Al）在一定條件下釋放出氫氣．在6.0mol•L^-1HCl溶液中，混合物Y能完全釋放出H₂．1mol Mg₁₇Al₁₂完全吸氫后得到的混合物Y與上述鹽酸完全反應(yīng)，釋放出H₂的物質(zhì)的量為52mol．
（4）儲氫還可借助有機物，如利用環(huán)己烷和苯之間的可逆反應(yīng)來實現(xiàn)脫氫和加氫：
（g）$?_{高溫}^{Pt-Sn/Al_{2}O_{3}}$（g）+3H₂（g）．
在某溫度下，向容積為2L的恒容密閉容器中加入環(huán)己烷，其起始物質(zhì)的量為a mol，平衡時體系中壓強為P MPa，苯的物質(zhì)的量為b mol，平衡常數(shù)K_p=$\frac{27^{4}{P}^{3}}{（a-b）（a+3b）^{3}}（MPa）^{3}$（用含a、b、P的代數(shù)式表示，平衡常數(shù)K_p表達式要求帶單位；用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù)）．
（5）一定條件下，如圖所示裝置可實現(xiàn)有機物的電化學(xué)儲氫（忽略其他有機物）．

①導(dǎo)線中電流移動方向為B→E．（用B、E表示）
②生成目標產(chǎn)物的電極反應(yīng)式為C₆H₆+6H⁺+6e^-═C₆H₁₂．

Answer 1

分析 （1）n（H₂）=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，根據(jù)方程式2Li+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2LiH知，0.5mol氫氣參加反應(yīng)生成1molLiH，m（LiH）=1mol×7g/mol=7g，V（LiH）=$\frac{m}{ρ}$；
（2）NaBH₄是一種重要的儲氫載體，能與水反應(yīng)生成NaBO₂，還生成氫氣，且反應(yīng)前后B的化合價不變，可知H元素化合價由-1價、+1價變?yōu)?價，再結(jié)合轉(zhuǎn)移電子守恒書寫化學(xué)方程式；
（3）釋放出的H₂ 包括Mg₁₇Al₁₂吸收的氫，還包括鎂、鋁和鹽酸反應(yīng)生成的氫氣；
 （4）（g）$?_{高溫}^{Pt-Sn/Al_{2}O_{3}}$（g）+3H₂（g）
開始（mol）a                                     0                0
反應(yīng)（mol）b                                     b               3b
平衡（mol）a-b                                  b               3b
平衡時同一容器中各物質(zhì)的壓強之比等于其物質(zhì)的量之比，所以環(huán)己烷的分壓=$\frac{a-b}{a+3b}$PMpa，苯的分壓=$\frac{a+3b}$PMpa、氫氣的分壓=$\frac{3b}{a+3b}$PMpa，化學(xué)平衡常數(shù)K_p等于生成物濃度壓強的冪之積與反應(yīng)物分壓的冪之積的比；
（5）①根據(jù)圖知，D電極上苯生成環(huán)己烷，該電極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以D為陰極、E為陽極，所以A是負極、B是正極，導(dǎo)線中電流從正極流向陽極；
②該實驗?zāi)康氖莾�氫，陰極上苯得電子和氫離子反應(yīng)生成環(huán)己烷而儲氫．

解答 解：（1）n（H₂）=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，根據(jù)方程式2Li+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2LiH知，0.5mol氫氣參加反應(yīng)生成1molLiH，m（LiH）=1mol×8g/mol=8g，V（LiH）=$\frac{m}{ρ}$=$\frac{8g}{0.8g/mL}$=0.01L，所以LiH與氫氣的體積之比=0.01L：11.2L=$\frac{1}{1120}$，
故答案為：$\frac{1}{1120}$；
（2）NaBH₄是一種重要的儲氫載體，能與水反應(yīng)生成NaBO₂，還生成氫氣，且反應(yīng)前后B的化合價不變，所以NaBH₄與H₂O中H元素發(fā)生歸中反應(yīng)，H元素化合價由-1價、+1價變?yōu)?價，依據(jù)得失電子守恒可知：NaBH₄的系數(shù)為1，H₂O的系數(shù)為2，依據(jù)原子個數(shù)守恒配平反應(yīng)方程式：NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑，
故答案為：NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑；
（3）1molMg₁₇Al₁₂完全吸氫17mol，在鹽酸中會全部釋放出來，鎂鋁合金中的鎂和鋁都能與鹽酸反應(yīng)生成H₂，生成氫氣的物質(zhì)的量分別為17mol、18mol，則生成氫氣一共（17+17+12×$\frac{3}{2}$）mol=52mol，
故答案為：52mol；
（4）（g）$?_{高溫}^{Pt-Sn/Al_{2}O_{3}}$（g）+3H₂（g）
開始（mol）a                                     0                0
反應(yīng)（mol）b                                     b               3b
平衡（mol）a-b                                  b               3b
平衡時同一容器中各物質(zhì)的壓強之比等于其物質(zhì)的量之比，所以環(huán)己烷的分壓=$\frac{a-b}{a+3b}$PMpa，苯的分壓=$\frac{a+3b}$PMpa、氫氣的分壓=$\frac{3b}{a+3b}$PMpa，
化學(xué)平衡常數(shù)K_p=$\frac{（\frac{a+3b}PMPa）．（\frac{3b}{a+3b}PMPa）^{3}}{\frac{a-b}{a+3b}PMPa}$=$\frac{27^{4}{P}^{3}}{（a-b）（a+3b）^{3}}（MPa）^{3}$，
故答案為：$\frac{27^{4}{P}^{3}}{（a-b）（a+3b）^{3}}（MPa）^{3}$；
（5）①根據(jù)圖知，D電極上苯生成環(huán)己烷，該電極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以D為陰極、E為陽極，所以A是負極、B是正極，導(dǎo)線中電流從正極流向陽極，即電流從B流向E，故答案為：B→E；
②該實驗?zāi)康氖莾�氫，陰極上苯得電子和氫離子反應(yīng)生成環(huán)己烷而儲氫，電極反應(yīng)式為C₆H₆+6H⁺+6e^-═C₆H₁₂，
故答案為：C₆H₆+6H⁺+6e^-═C₆H₁₂．

點評 本題考查較綜合，涉及化學(xué)平衡計算、電解原理等知識點，側(cè)重考查學(xué)生分析計算及知識遷移能力，把握化學(xué)反應(yīng)原理是解本題關(guān)鍵，注意平衡常數(shù)K_p表達式的書寫，題目難度中等．