Question

（14分）氫能是重要的新能源。儲氫作為氫能利用的關鍵技術，是當前關注的熱點之一。

（1）氫氣是清潔能源，其燃燒產物為__________。

（2）NaBH4是一種重要的儲氫載體，能與水反應達到NaBO2，且反應前后B的化合價不變，該反應的化學方程式為___________，反應消耗1mol NaBH4時轉移的電子數(shù)目為__________。

（3）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來實現(xiàn)脫氫和加氫：。某溫度下，向恒容密閉容器中加入環(huán)己烷，起始濃度為a mol/L，平衡時苯的濃度為bmol/L，該反應的平衡常數(shù)K＝_____。

（4）一定條件下，題11圖示裝置可實現(xiàn)有機物的電化學儲氫（忽略其它有機物）。

①導線中電子移動方向為____________。

②生成目標產物的電極反應式為_________。

③該儲氫裝置的電流效率＝_____（＝×100%，計算結果保留小數(shù)點后1位）

 

Answer 1

（1）水或H2O （2）NaBH4＋2H2O=NaBO2＋4H2↑；4NA或2.408×1024

（3） mol3/L3 （4）①A→D ②C6H6＋6H＋＋6e－＝C6H12 ③64.3%

【解析】

試題分析：（1）氫氣的燃燒產物是水。

（2）反應前后B元素的化合價不變，則反應前后B元素的化合價均是＋3價，因此反應前NaBH4中氫元素的化合價是－1價。水中氫元素的化合價是＋1價，因此反應中還有氫氣生成，則反應的化學方程式為NaBH4＋2H2O=NaBO2＋4H2↑。NaBH4中氫元素的化合價從－1價升高到0價，因此1molNaBH4在反應中失去4mol電子，其數(shù)目是4NA或2.408×1024。

（3）平衡時苯的濃度是b mol/L，則根據(jù)反應的方程式可知消耗環(huán)戊烷的濃度是b mol/L，生成氫氣的濃度是3 b mol/L，，平衡時環(huán)戊烷的濃度為（a－b）mol/L。由于化學平衡常數(shù)是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態(tài)時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，則該溫度下反應的平衡常數(shù)為＝mol3/L3。

（4）①苯生成環(huán)戊烷屬于得氫反應，因此是還原反應，即電極D是陰極，電極E是陽極，因此導線中電子的流動方向是A→D。

②苯得到電子生成環(huán)戊烷是目標產物，由于存在質子交換膜，所以氫離子向陰極移動，則電極反應式為C6H6＋6H＋＋6e－＝C6H12。

③陽極生成2.8mol氣體，該氣體應該是陽極OH－放電生成的氧氣，則轉移電子的物質的量＝2.8mol×4＝11.2mol。設陰極消耗苯的物質的量是xmol，則同時生成 xmol環(huán)戊烷，根據(jù)電極反應式C6H6＋6H＋＋6e－＝C6H12可知得到電子是6xmol，根據(jù)電子守恒可知，陰極生成氫氣是＝5.6mol－3xmol，所以 ＝0.1，解得x＝1.2，因此儲氫裝置的電流效率＝×100%＝64.3%。

考點：考查氧化還原反應方程式配平和計算、平衡常數(shù)計算以及電化學原理的應用與計算