Question

【題目】氫能是發(fā)展中的新能源，它的利用包括氫的制備、儲存和應(yīng)用三個環(huán)節(jié)�；卮鹣铝袉栴}：

（1）與汽油相比，氫氣作為燃料的優(yōu)點是_________（至少答出兩點）。但是氫氣直接燃燒的能量轉(zhuǎn)換率遠(yuǎn)低于燃料電池，寫出堿性氫氧燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式：____________。

（2）以甲烷為原料可制得氫氣。圖1是一定溫度、壓強下，CH4(g)與H2O(g)反應(yīng)生成CO(g)和1mol H2(g)的能量（KJ）變化示意圖，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式_______________(△H用E1、E2、E3表示)。

（3）在恒溫恒容的密閉容器中，某儲氫反應(yīng)：MHx(s)+yH2(g)MHx+2y(s) ΔH<0達到化學(xué)平衡。下列有關(guān)敘述正確的是________。

A．容器內(nèi)氣體壓強保持不變

B．吸收y mol H2只需1 mol MHx

C．若降溫，該反應(yīng)的平衡常數(shù)增大

D．若向容器內(nèi)通入少量氫氣，則v(放氫)>v(吸氫)

（4）化工生產(chǎn)的副產(chǎn)氫也是氫氣的來源。電解法制取有廣泛用途的Na2FeO4，同時獲得氫氣：Fe+2H2O+2OH-FeO42-+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FeO42-，鎳電極有氣泡產(chǎn)生。若氫氧化鈉溶液濃度過高，鐵電極區(qū)會產(chǎn)生紅褐色物質(zhì)。已知：Na2FeO4只在強堿性條件下穩(wěn)定，易被H2還原。

①電解一段時間后，c(OH-)降低的區(qū)域在__________(填“陰極室”或“陽極室”)。

②電解過程中，須將陰極產(chǎn)生的氣體及時排出，其原因是_____________。

③c(Na2FeO4)隨初始c(NaOH)的變化如圖2，分析N點c( Na2FeO4)低于最高值的原因：_____________。

（5）在容積可變的密閉容器中充入10molCO和20molH2，發(fā)生CO ( g ) + 2H2 ( g )CH3OH ( g ) △H<0, CO 的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度（T）、壓強（P）的變化如圖所示，當(dāng)達到平衡狀態(tài)A 時，容器的體積為1 L。若反應(yīng)開始時仍充入10mol CO 和20mol H2，則在平衡狀態(tài)B時容器的體積V（B）= L。

Answer 1

【答案】（1）污染�。豢稍偕�；來源廣；資源豐富；燃燒熱值高（任寫其中2個）（2分）；

H2+2OH-+2e-=2H2O（2分）（2）CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g） △H=3（E2-E1）kJ·mol-1

（3）ac(2分) （4）①陽極室(1分) ②防止Na2FeO4與H2反應(yīng)使產(chǎn)率降低 （1分）

③N點：c(OH)過高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na2FeO4產(chǎn)率降低。（2分） （5）0.2L（2分）

【解析】

試題分析：（1）與汽油相比，氫氣作為燃料的優(yōu)點有污染�。豢稍偕�；來源廣；資源豐富；燃燒熱值高等，堿性氫氧燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為H2+2OH--2e-=2H2O；

（2）根據(jù)圖像可知生成物總能量高于反應(yīng)物總能量，反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，則熱化學(xué)方程式為 CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g） △H=3（E2-E1）kJ·mol-1。

（3）MHx(s)+yH2(g)MHx+2y(s) ΔH<0，該反應(yīng)屬于氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化的反應(yīng)。A．平衡時氣體的物質(zhì)的量不變，壓強不變，正確；B．該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，吸收y mol H2需要大于1 mol 的MHx，錯誤；C．降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)增大，正確；D．向容器內(nèi)通入少量氫氣，相當(dāng)于增大壓強，平衡正向移動，v(放氫)＜v(吸氫)，錯誤；答案選ac；

（4）①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；

②氫氣具有還原性，根據(jù)題意Na2FeO4只在強堿性條件下穩(wěn)定，易被H2還原。電解過程中，須將陰極產(chǎn)生的氣體及時排出，防止Na2FeO4與H2反應(yīng)使產(chǎn)率降低；

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。

（5）當(dāng)達到平衡狀態(tài)A 時，CO轉(zhuǎn)化率是0.5，則消耗CO是5mol，氫氣是10mol，生成甲醇是5mol，剩余CO和氫氣分別是5mol、10mol，則該溫度下平衡常數(shù)K＝；平衡狀態(tài)B時CO中的轉(zhuǎn)化率是0.8，則消耗CO是8mol，氫氣是16mol，生成甲醇是8mol，剩余CO和氫氣分別是2mol、4mol，則，解得V＝0.2L，即在平衡狀態(tài)B時容器的體積V（B）=0.2L。