Question

【題目】氫能是重要的新能源。儲(chǔ)氫作為氫能利用的關(guān)鍵技術(shù)，是當(dāng)前關(guān)注的熱點(diǎn)之一。

（1）可逆反應(yīng)N2+3H22NH3是工業(yè)上合成氨的重要反應(yīng)

圖1（圖中表示生成1 mol物質(zhì)時(shí)的能量）

根據(jù)圖1請(qǐng)寫(xiě)出合成氨的熱化學(xué)方程式：__________________(熱量用E1、E2或E3表示)。

（2）LiAlH4是一種重要的儲(chǔ)氫載體，能與水反應(yīng)達(dá)到LiAlO2和氫氣，該反應(yīng)消耗1 mol LiAlH4時(shí)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為_(kāi)_________。

（3）氮化鋰是非常有前途的儲(chǔ)氫材料，其在氫氣中加熱時(shí)可得到氨基鋰(LiNH2)，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Li3N+2H2LiNH2+2LiH，氧化產(chǎn)物為_(kāi)________(填化學(xué)式)，在270℃時(shí)，該反應(yīng)可逆向發(fā)生放出H2，因而氮化鋰可作為儲(chǔ)氫材料，儲(chǔ)存氫氣最多可達(dá)Li3N質(zhì)量的_____%(精確到0.1)。

（4）LiFePO4新型鋰離子動(dòng)力電池以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成為奧運(yùn)會(huì)綠色能源的新寵，已知電池放電時(shí)總反應(yīng)式為FePO4+LiLiFePO4 ，電池正極反應(yīng)為_(kāi)___________________。

（5）一定條件下，如圖所示裝置可實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的電化學(xué)儲(chǔ)氫(忽略其它有機(jī)物)。

①導(dǎo)線中電子移動(dòng)方向?yàn)開(kāi)___________。(用A、D表示)

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

③該儲(chǔ)氫裝置的電流效率=__________________________。

(=×100%，計(jì)算結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后1位)

Answer 1

【答案】（1）N2(g)+3H2g)2NH3(g) △H=2(E1E3)kJ·mol1

（2）4NA或2.408×1024

（3）LiNH2 11.4

（4）FePO4+ Li ++eLiFePO4

（5）①A→D ②C6H6+6H++6eC6H12 ③64.3%

【解析】本題主要是考查熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)、氧化還原方程式的計(jì)算以及電化學(xué)原理的應(yīng)用與計(jì)算。（1）反應(yīng)物的總能量高于生成物總能量，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為N2(g)+3H2g)2NH3(g) △H=2(E1E3)kJ·mol1。

（2）LiAlH4是一種重要的儲(chǔ)氫載體，能與水反應(yīng)達(dá)到LiAlO2和氫氣，反應(yīng)前后Al元素的化合價(jià)不變，則反應(yīng)前后Al元素的化合價(jià)均是＋3價(jià)，因此反應(yīng)前LiAlH4中氫元素的化合價(jià)是－1價(jià)，水中氫元素的化合價(jià)是＋1價(jià)，LiAlH4中氫元素的化合價(jià)從－1價(jià)升高到0價(jià)，因此該反應(yīng)消耗1 mol LiAlH4時(shí)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為4NA或2.408×1024。

（3）氫氣中氫元素的化合價(jià)部分升高到＋1價(jià)，部分降低到－1價(jià)，所以氧化產(chǎn)物為L(zhǎng)iNH2；該反應(yīng)中，反應(yīng)掉2 mol氫氣，同時(shí)消耗1 mol氮化鋰，所以儲(chǔ)存氫氣最多可達(dá)Li3N質(zhì)量的：4/35×100%≈11.4%。

（4）已知電池放電時(shí)總反應(yīng)式為FePO4+LiLiFePO4，因此電池正極反應(yīng)為FePO4+ Li ++eLiFePO4。（5）①苯生成環(huán)戊烷屬于得氫反應(yīng)，因此是還原反應(yīng)，即電極D是陰極，電極E是陽(yáng)極，因此導(dǎo)線中電子的流動(dòng)方向是A→D。②苯得到電子生成環(huán)戊烷是目標(biāo)產(chǎn)物，由于存在質(zhì)子交換膜，所以氫離子向陰極移動(dòng)，則電極反應(yīng)式為C6H6＋6H＋＋6e－C6H12。③陽(yáng)極生成2.8 mol氣體，該氣體應(yīng)該是陽(yáng)極OH－放電生成的氧氣，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=2.8 mol×4=11.2 mol。陰極除生成環(huán)己烷外，還生成H2：2H＋＋2e－===H2↑，由題意可知，2n(H2)＋6n(C6H12)=11.2 mol，[10 mol＋n(H2)]×10%=10 mol×24%－n(C6H12)；解得n(H2)=2 mol，n(C6H12)=1.2 mol，根據(jù)電極反應(yīng)式C6H6＋6H＋＋6e－C6H12可知生成1.2 mol C6H12時(shí)得到電子是7.2 mol，因此儲(chǔ)氫裝置的電流效率=×100%=64.3%。