Question

（14分）氫能是重要的新能源。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)達(dá)到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)己烷和苯之間的可逆反應(yīng)來實(shí)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(shí)苯的濃度為bmol/L，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝_____。
（4）一定條件下，題11圖示裝置可實(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)線中電子移動(dòng)方向?yàn)開___________。
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＝_____（＝×100%，計(jì)算結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后1位）

Answer 1

（1）水或H₂O （2）NaBH₄＋2H₂O=NaBO₂＋4H₂↑；4N_A或2.408×10²⁴
（3） mol³/L³ （4）①A→D  ②C₆H₆＋6H^＋＋6e^－＝C₆H₁₂ ③64.3%

試題分析：（1）氫氣的燃燒產(chǎn)物是水。
（2）反應(yīng)前后B元素的化合價(jià)不變，則反應(yīng)前后B元素的化合價(jià)均是＋3價(jià)，因此反應(yīng)前NaBH₄中氫元素的化合價(jià)是－1價(jià)。水中氫元素的化合價(jià)是＋1價(jià)，因此反應(yīng)中還有氫氣生成，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為NaBH₄＋2H₂O=NaBO₂＋4H₂↑。NaBH₄中氫元素的化合價(jià)從－1價(jià)升高到0價(jià)，因此1molNaBH₄在反應(yīng)中失去4mol電子，其數(shù)目是4N_A或2.408×10²⁴。
（3）平衡時(shí)苯的濃度是b mol/L，則根據(jù)反應(yīng)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(shí)環(huán)戊烷的濃度為（a－b）mol/L。由于化學(xué)平衡常數(shù)是在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)為＝mol³/L³。
（4）①苯生成環(huán)戊烷屬于得氫反應(yīng)，因此是還原反應(yīng)，即電極D是陰極，電極E是陽極，因此導(dǎo)線中電子的流動(dòng)方向是A→D。
②苯得到電子生成環(huán)戊烷是目標(biāo)產(chǎn)物，由于存在質(zhì)子交換膜，所以氫離子向陰極移動(dòng)，則電極反應(yīng)式為C₆H₆＋6H^＋＋6e^－＝C₆H₁₂。
③陽極生成2.8mol氣體，該氣體應(yīng)該是陽極OH^－放電生成的氧氣，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量＝2.8mol×4＝11.2mol。設(shè)陰極消耗苯的物質(zhì)的量是xmol，則同時(shí)生成 xmol環(huán)戊烷，根據(jù)電極反應(yīng)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(chǔ)氫裝置的電流效率＝×100%＝64.3%。