Question

氫能是最重要的新能源．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）氫氣是清潔能源，其燃燒產(chǎn)物為

 

．
（2）NaBH₄是一種重要的儲(chǔ)氫載體，能與水反應(yīng)生成NaBO₂，且反應(yīng)前后B的化合價(jià)不變，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

，反應(yīng)消耗1mol NaBH₄時(shí)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為

 

．
（3）儲(chǔ)氫還可借助有機(jī)物，如利用環(huán)已烷和苯之間的可逆反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)脫氫和加氫．
（g）

Pt-Sn/Al2O3

高溫

（g）+3H₂（g）
在某溫度下，向恒容密閉容器中加入環(huán)已烷，其起始濃度為amol?L^-1，平衡時(shí)苯的濃度為bmol?L^-1，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

（4）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)線中電子轉(zhuǎn)移方向?yàn)?div id="9h45tue" class='quizPutTag' contenteditable='true'> 

．（用A、D表示）
②生成目標(biāo)產(chǎn)物的電極反應(yīng)式為

 

．
③該儲(chǔ)氫裝置的電流效率η=

 

．（η=

生成目標(biāo)產(chǎn)物消耗的電子數(shù)

轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)

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

Answer 1

考點(diǎn)：原電池和電解池的工作原理,氧化還原反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移數(shù)目計(jì)算,清潔能源,化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：氧化還原反應(yīng)專題,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）氫氣完全燃燒生成H₂O；
（2）NaBH₄與水反應(yīng)生成NaBO₂，且反應(yīng)前后B的化合價(jià)不變，H元素化合價(jià)由-1價(jià)、+1價(jià)變?yōu)?價(jià)，再結(jié)合轉(zhuǎn)移電子守恒配平方程式，根據(jù)NaBH₄和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計(jì)算；
（3）化學(xué)平衡常數(shù)K=

c(C6H6)．c3(H2)

c(C6H12)

；
（4）①根據(jù)圖知，苯中的碳得電子生成環(huán)己烷，則D作陰極，E作陽(yáng)極，所以A是分解、B是正極，電子從負(fù)極流向陰極；
②該實(shí)驗(yàn)的目的是儲(chǔ)氫，所以陰極上發(fā)生的反應(yīng)為生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物，陰極上苯得電子和氫離子生成環(huán)己烷；
③陽(yáng)極上生成氧氣，同時(shí)生成氫離子，陰極上苯得電子和氫離子反應(yīng)生成環(huán)己烷，苯參加反應(yīng)需要電子的物質(zhì)的量與總轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量之比就是電流效率η．

解答： 解：（1）氫氣完全燃燒生成H₂O，故答案為：H₂O；
（2）NaBH₄與水反應(yīng)生成NaBO₂，且反應(yīng)前后B的化合價(jià)不變，NaBO₂中B元素化合價(jià)為+3價(jià)，所以NaBH₄中H元素的化合價(jià)為-1價(jià)，所以H元素化合價(jià)由-1價(jià)、+1價(jià)變?yōu)?價(jià)，再結(jié)合轉(zhuǎn)移電子守恒配平方程式為NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑，反應(yīng)消耗1mol NaBH₄時(shí)轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量=1mol×4×（1-0）=4mol，所以轉(zhuǎn)移電子數(shù)為4N_A或2.408×10²⁴，故答案為：NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑；4N_A或2.408×10²⁴；
（3）環(huán)己烷的起始濃度為amol?L^-1，平衡時(shí)苯的濃度為bmol?L^-1，同一容器中各物質(zhì)反應(yīng)的物質(zhì)的量濃度之比等于其計(jì)量數(shù)之比，所以根據(jù)方程式知，環(huán)己烷的平衡濃度為（a-b）mol/L，氫氣的濃度為3bmol/L，則平衡常數(shù)K=

c(C6H6)?c3(H2)

c(C6H12)

mol³?L^-3=

b×(3b)3

(a-b)

=

27b4

a-b

mol³?L^-3，
故答案為：

27b4

a-b

mol³?L^-3；
（4）①根據(jù)圖知，苯中的碳得電子生成環(huán)己烷，則D作陰極，E作陽(yáng)極，所以A是分解、B是正極，電子從負(fù)極流向陰極，所以電子從A流向D，故答案為：A→D；
②該實(shí)驗(yàn)的目的是儲(chǔ)氫，所以陰極上發(fā)生的反應(yīng)為生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物，陰極上苯得電子和氫離子生成環(huán)己烷，電極反應(yīng)式為C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂，故答案為：C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂；
③陽(yáng)極上氫氧根離子放電生成氧氣，陽(yáng)極上生成2.8mol氧氣轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=2.8mol×4=11.2mol，
生成1mol氧氣時(shí)生成2mol氫氣，則生成2.8mol氧氣時(shí)同時(shí)生成5.6mol氫氣，
設(shè)參加反應(yīng)的苯的物質(zhì)的量是xmol，參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量是3xmol，剩余苯的物質(zhì)的量為10mol×24%-xmol，反應(yīng)后苯的含量=

10mol×24%-x

10mol-3xmol+5.6mol

×100%=10%，
x=1.2，苯轉(zhuǎn)化為環(huán)己烷轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1.2mol×6=7.2mol，則

7.2mol

11.2mol

×100%=64.3%，
故答案為：64.3%．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡、電解池原理等知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式、電解原理等知識(shí)點(diǎn)來(lái)分析解答，難點(diǎn)是（4）③，注意：10mol×（24%-10%）不是參加反應(yīng)的苯的物質(zhì)的量，為易錯(cuò)點(diǎn)．