Question

7．氫能是發(fā)展中的新能源．回答下列問題：

（1）氫氣可用于制備綠色氧化劑H₂O₂．
已知：H₂（g）+X（l）═Y（l）△H₁
O₂（g）+Y（l）═X（l）+H₂O₂（l）△H₂
其中X、Y為有機物，兩反應(yīng)均為自發(fā)反應(yīng)，則H₂（g）+O₂（g）═H₂O₂（l）的△H＜0，其原因是自發(fā)反應(yīng)需滿足△G=△H-T△S＜0，則△H₁＜0、△H₂＜0，根據(jù)蓋斯定律△H=△H₁+△H₂＜0．
（2）硼氫化鈉（NaBH₄）是一種重要的儲氫載體，能與水反應(yīng)生成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）化工生產(chǎn)的副產(chǎn)物也是氫氣的來源之一．電解法制取有廣泛用途的Na₂FeO₄，同時獲得氫氣：
Fe+2H₂O+2OH^-$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$ FeO₄^2-+3H₂↑，工作原理如圖1所示．裝置通電后，鐵電極附近生成紫紅色的FeO₄^2-，鎳電極有氣泡產(chǎn)生．若NaOH溶液濃度過高，鐵電極區(qū)會產(chǎn)生紅褐色物質(zhì)．
已知：Na₂FeO₄在強堿性條件下能穩(wěn)定存在．
①a為負(fù)極（填“正”或“負(fù)”），鐵電極的電極反應(yīng)式為Fe-6e^-+8OH^-═FeO+4H₂O．
②電解一段時間后，c （OH^-）升高的區(qū)域在陰極室（填“陰極室”或“陽極室”）．
③c（Na₂FeO₄）隨初始c（NaOH）的變化如圖2，M、N兩點均低于c（Na₂FeO₄）最高值，請分析原因．M點：c（OH^-）低，Na₂FeO₄穩(wěn)定性差，且反應(yīng)慢；N點：c（OH^-）過高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na₂FeO₄產(chǎn)率降低．

Answer 1

分析 （1）①H₂（g）+X（l）═Y（l）△H₁，②O₂（g）+Y（l）═X（l）+H₂O₂（l）△H₂，兩反應(yīng)的△S＜0，兩反應(yīng)均為自發(fā)反應(yīng)，根據(jù)△G=△H-T△S＜0結(jié)合蓋斯定律判斷；
（2）據(jù)NaBH₄是一種重要的儲氫載體，能與水反應(yīng)生成NaBO₂，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）①電解池中陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，依據(jù)題意可知鐵在陽極失去電子，堿性環(huán)境下生成高鐵酸根離子，所以與其相連的一極是正極，另一極是負(fù)極；據(jù)此書寫電極反應(yīng)式；
②根據(jù)題意鎳電極有氣泡產(chǎn)生是氫離子放電生成氫氣，鐵電極發(fā)生氧化反應(yīng)，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；
③根據(jù)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(yīng)慢，在N點：c（OH^-）過高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na₂FeO₄產(chǎn)率降低．

解答 解：（1）①H₂（g）+X（l）═Y（l）△H₁，②O₂（g）+Y（l）═X（l）+H₂O₂（l）△H₂，兩反應(yīng)的△S＜0，根據(jù)△G=△H-T△S，因為均為兩反應(yīng)自發(fā)反應(yīng)，因此△H均小于0，根據(jù)蓋斯定律將①+②得：H₂（g）+O₂（g）=H₂O₂（l）的△H=△H₁+△H₂＜0，
故答案為：自發(fā)反應(yīng)需滿足△G=△H-T△S＜0，則△H₁＜0、△H₂＜0，根據(jù)蓋斯定律△H=△H₁+△H₂＜0；
（2）NaBH₄是一種重要的儲氫載體，能與水反應(yīng)生成NaBO₂，且反應(yīng)前后B的化合價不變，所以NaBH₄與H₂O發(fā)生歸中反應(yīng)，生成NaBO₂和氫氣，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，反應(yīng)方程式：NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑；
故答案為：NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑；
（3）①電解池中陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，依據(jù)題意可知鐵在陽極失去電子，堿性環(huán)境下生成高鐵酸根離子，電極反應(yīng)式為：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；
根據(jù)題意鎳電極有氣泡產(chǎn)生是氫離子放電生成氫氣，鐵電極發(fā)生氧化反應(yīng)，與電源的負(fù)極相連，
故答案為：負(fù)；Fe-6e^-+8OH^-═FeO+4H₂O；
②根據(jù)題意鎳電極有氣泡產(chǎn)生是氫離子放電生成氫氣，鐵電極發(fā)生氧化反應(yīng)，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，c（OH^-）升高的區(qū)域在陰極室，
故答案為：陰極室；
③根據(jù)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(yīng)慢，在N點：c（OH^-）過高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na₂FeO₄產(chǎn)率降低；
故答案為：c（OH^-）低，Na₂FeO₄穩(wěn)定性差，且反應(yīng)慢；c（OH^-）過高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na₂FeO₄產(chǎn)率降低．

點評 本題考查了化學(xué)反應(yīng)的方向、反應(yīng)方程式的書寫、電化學(xué)等知識，側(cè)重考查了電解法制取Na₂FeO₄，明確△G=△H-T△S＜0判斷反應(yīng)方向、熟練掌握蓋斯定律以及電解池工作原理及電極反應(yīng)式的書寫方法是解題關(guān)鍵，題目難度中等．