Question

【題目】氫能是重要的新能源。儲氫作為氫能利用的關(guān)鍵技術(shù)，是當前關(guān)注的熱點之一。

（1）可逆反應(yīng)N2+3H22NH3是工業(yè)上合成氨的重要反應(yīng)

圖1（圖中表示生成1 mol物質(zhì)時的能量）

根據(jù)圖1請寫出合成氨的熱化學(xué)方程式：__________________(熱量用E1、E2或E3表示)。

（2）LiAlH4是一種重要的儲氫載體，能與水反應(yīng)達到LiAlO2和氫氣，該反應(yīng)消耗1 mol LiAlH4時轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為__________。

（3）氮化鋰是非常有前途的儲氫材料，其在氫氣中加熱時可得到氨基鋰(LiNH2)，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Li3N+2H2LiNH2+2LiH，氧化產(chǎn)物為_________(填化學(xué)式)，在270℃時，該反應(yīng)可逆向發(fā)生放出H2，因而氮化鋰可作為儲氫材料，儲存氫氣最多可達Li3N質(zhì)量的_____%(精確到0.1)。

（4）LiFePO4新型鋰離子動力電池以其獨特的優(yōu)勢成為奧運會綠色能源的新寵，已知電池放電時總反應(yīng)式為FePO4+LiLiFePO4 ，電池正極反應(yīng)為____________________。

（5）一定條件下，如圖所示裝置可實現(xiàn)有機物的電化學(xué)儲氫(忽略其它有機物)。

①導(dǎo)線中電子移動方向為____________。(用A、D表示)

②生成目標產(chǎn)物的電極反應(yīng)式為__________________________。

③該儲氫裝置的電流效率=__________________________。

(=×100%，計算結(jié)果保留小數(shù)點后1位)

Answer 1

【答案】（1）N2(g)+3H2g)2NH3(g) △H=2(E1E3)kJ·mol1

（2）4NA或2.408×1024

（3）LiNH2 11.4

（4）FePO4+ Li ++eLiFePO4

（5）①A→D ②C6H6+6H++6eC6H12 ③64.3%

【解析】本題主要是考查熱化學(xué)方程式書寫、氧化還原方程式的計算以及電化學(xué)原理的應(yīng)用與計算。（1）反應(yīng)物的總能量高于生成物總能量，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為N2(g)+3H2g)2NH3(g) △H=2(E1E3)kJ·mol1。

（2）LiAlH4是一種重要的儲氫載體，能與水反應(yīng)達到LiAlO2和氫氣，反應(yīng)前后Al元素的化合價不變，則反應(yīng)前后Al元素的化合價均是＋3價，因此反應(yīng)前LiAlH4中氫元素的化合價是－1價，水中氫元素的化合價是＋1價，LiAlH4中氫元素的化合價從－1價升高到0價，因此該反應(yīng)消耗1 mol LiAlH4時轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為4NA或2.408×1024。

（3）氫氣中氫元素的化合價部分升高到＋1價，部分降低到－1價，所以氧化產(chǎn)物為LiNH2；該反應(yīng)中，反應(yīng)掉2 mol氫氣，同時消耗1 mol氮化鋰，所以儲存氫氣最多可達Li3N質(zhì)量的：4/35×100%≈11.4%。

（4）已知電池放電時總反應(yīng)式為FePO4+LiLiFePO4，因此電池正極反應(yīng)為FePO4+ Li ++eLiFePO4。（5）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)線中電子的流動方向是A→D。②苯得到電子生成環(huán)戊烷是目標產(chǎn)物，由于存在質(zhì)子交換膜，所以氫離子向陰極移動，則電極反應(yīng)式為C6H6＋6H＋＋6e－C6H12。③陽極生成2.8 mol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=2.8 mol×4=11.2 mol。陰極除生成環(huán)己烷外，還生成H2：2H＋＋2e－===H2↑，由題意可知，2n(H2)＋6n(C6H12)=11.2 mol，[10 mol＋n(H2)]×10%=10 mol×24%－n(C6H12)；解得n(H2)=2 mol，n(C6H12)=1.2 mol，根據(jù)電極反應(yīng)式C6H6＋6H＋＋6e－C6H12可知生成1.2 mol C6H12時得到電子是7.2 mol，因此儲氫裝置的電流效率=×100%=64.3%。