Question

氫能是最重要的新能源．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，能與水反應生成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時轉移的電子數目為

 

．
（3）儲氫還可借助有機物，如利用環(huán)已烷和苯之間的可逆反應來實現脫氫和加氫．
（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，平衡時苯的濃度為bmol?L^-1，該反應的平衡常數K=

 

（4）一定條件下，如圖所示裝置可實現有機物的電化學儲氫（忽略其它有機物）．

①導線中電子轉移方向為

 

．（用A、D表示）
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η=

 

．（η=

生成目標產物消耗的電子數

轉移的電子總數

×100%，計算結果保留小數點后1位．）

Answer 1

考點：原電池和電解池的工作原理,氧化還原反應的電子轉移數目計算,清潔能源,化學平衡的計算

專題：氧化還原反應專題,化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）氫氣完全燃燒生成H₂O；
（2）NaBH₄與水反應生成NaBO₂，且反應前后B的化合價不變，H元素化合價由-1價、+1價變?yōu)?價，再結合轉移電子守恒配平方程式，根據NaBH₄和轉移電子之間的關系式計算；
（3）化學平衡常數K=

c(C6H6)．c3(H2)

c(C6H12)

；
（4）①根據圖知，苯中的碳得電子生成環(huán)己烷，則D作陰極，E作陽極，所以A是分解、B是正極，電子從負極流向陰極；
②該實驗的目的是儲氫，所以陰極上發(fā)生的反應為生產目標產物，陰極上苯得電子和氫離子生成環(huán)己烷；
③陽極上生成氧氣，同時生成氫離子，陰極上苯得電子和氫離子反應生成環(huán)己烷，苯參加反應需要電子的物質的量與總轉移電子的物質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與水反應生成NaBO₂，且反應前后B的化合價不變，NaBO₂中B元素化合價為+3價，所以NaBH₄中H元素的化合價為-1價，所以H元素化合價由-1價、+1價變?yōu)?價，再結合轉移電子守恒配平方程式為NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑，反應消耗1mol NaBH₄時轉移的物質的量=1mol×4×（1-0）=4mol，所以轉移電子數為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，平衡時苯的濃度為bmol?L^-1，同一容器中各物質反應的物質的量濃度之比等于其計量數之比，所以根據方程式知，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根據圖知，苯中的碳得電子生成環(huán)己烷，則D作陰極，E作陽極，所以A是分解、B是正極，電子從負極流向陰極，所以電子從A流向D，故答案為：A→D；
②該實驗的目的是儲氫，所以陰極上發(fā)生的反應為生產目標產物，陰極上苯得電子和氫離子生成環(huán)己烷，電極反應式為C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂，故答案為：C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂；
③陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，陽極上生成2.8mol氧氣轉移電子的物質的量=2.8mol×4=11.2mol，
生成1mol氧氣時生成2mol氫氣，則生成2.8mol氧氣時同時生成5.6mol氫氣，
設參加反應的苯的物質的量是xmol，參加反應的氫氣的物質的量是3xmol，剩余苯的物質的量為10mol×24%-xmol，反應后苯的含量=

10mol×24%-x

10mol-3xmol+5.6mol

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

7.2mol

11.2mol

×100%=64.3%，
故答案為：64.3%．

點評：本題考查了化學平衡、電解池原理等知識點，根據化學平衡常數表達式、電解原理等知識點來分析解答，難點是（4）③，注意：10mol×（24%-10%）不是參加反應的苯的物質的量，為易錯點．