Question

【題目】氫氣是一種清潔能源。制氫和儲(chǔ)氫作為氫能利用的關(guān)鍵技術(shù)，是當(dāng)前科學(xué)家主要關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。

（1）已知； (g)+H2(g)→(g) H＝－119.6kJ/mol

(g)+2H2(g)→(g) H＝－237.1kJ/mol

(g)+3H2(g)→(g) H＝－208.4kJ/mol

請(qǐng)求出(g)＋H2(g)→(g) H＝________kJ/mol

（2）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)(g)+3H2(g)

在某溫度下，向恒容容器中加入環(huán)已烷，其起始濃度為a mol·L－1，平衡時(shí)苯的濃度為b mol·L－1，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝_______（用含a、b的關(guān)系式表達(dá)）。

（3）一定條件下，如下圖所示裝置可實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的電化學(xué)儲(chǔ)氫（除目標(biāo)產(chǎn)物外，近似認(rèn)為無(wú)其它有機(jī)物生成）。

①實(shí)現(xiàn)有機(jī)物儲(chǔ)氫的電極是__________；A 正極 B 負(fù)極 C 陰極 D 陽(yáng)極

其電極反應(yīng)方程為：___________。

②實(shí)驗(yàn)研究表明，當(dāng)外加電壓超過(guò)一定值以后，發(fā)現(xiàn)電極D產(chǎn)物中苯（g）的體積分?jǐn)?shù)隨著電壓的增大而減小，其主要原因是相關(guān)電極除目標(biāo)產(chǎn)物外，還有一種單質(zhì)氣體生成，這種氣體是__________。已知單質(zhì)氣體為2 mol，求此裝置的電流效率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

【答案】-117.5 27b4/a-b C C6H6+6H++6e- =C6H12 H2 64.3%

【解析】

(1)根據(jù)已知焓變的熱化學(xué)方程式推導(dǎo)所求反應(yīng)，再由蓋斯定律計(jì)算所求反應(yīng)的焓變；

(2)根據(jù)方程式計(jì)算各組分的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算；

(3)①活潑的氫發(fā)生氧化反應(yīng)，是負(fù)極，與負(fù)極相連的是陰極，

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；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。

(1)已知：①(g)+H2(g)→(g) H1＝－119.6kJ/mol

②(g)+2H2(g)→(g) H2＝－237.1kJ/mol

③(g)+3H2(g)→(g) H3＝－208.4kJ/mol

所求反應(yīng)為：(g)＋H2(g)→(g)，該反應(yīng)可由②①得到，根據(jù)蓋斯定律，該反應(yīng)的焓變?yōu)?/span>H＝H2H1＝117.5kJ/mol，故答案為：117.5；

(2)由(g)(g)+3H2(g)，環(huán)已烷起始濃度為a mol·L－1，平衡時(shí)苯的濃度為b mol·L－1，則平衡時(shí)c(環(huán)己烷)=(ab)mol/L，c(H2)=3bmol/L，所以K＝＝＝，故答案為：；

(3)①活潑的氫發(fā)生氧化反應(yīng)，是負(fù)極，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：C；C6H6+6H++6e- =C6H12；

②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＝＝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×100%＝64.3%，故答案為：H2；64.3%。