Question

2．開發(fā)新能源、新材料是實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需要，請(qǐng)回答下列問題：

（1）如圖1是2LiBH₄/MgH₂體系放氫焓變示意圖．
則：Mg（s）+2B（s）=MgB₂（s）△H═-93 kJ•mol^-1．
（2）采用球磨法制備Al與LiBH₄的復(fù)合材料，并對(duì)Al-LiBH₄體系與水反應(yīng)產(chǎn)氫的特性進(jìn)行下列研究：25℃水浴時(shí)，每克不同配比的Al-LiBH，復(fù)合材料與水反應(yīng)產(chǎn)生H₂體積隨時(shí)間變化關(guān)系如圖2所示，下列說法正確的是AB．（填字母）
A、25℃時(shí)，純鋁與水不反應(yīng)
B、25℃時(shí)，純LiBH₄與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣
C、25℃時(shí)，AI-LiBH₄復(fù)合材料中LiBH₄含量越高，1000s內(nèi)產(chǎn)生氫氣的體積越大
（3）工業(yè)上可采用CO和H₂合成再生能源甲醇，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CO（g）+2H₂（g）═CH₂OH（g）．
①在一容積可變的密閉容器中，充有10molCO和20molH₂，用于合成甲醇．CO的平衡轉(zhuǎn)化率（a）與溫度（T）．壓強(qiáng)（P）的關(guān)系如圖3所示：
上述合成甲醇的反應(yīng)為放熱反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”），平衡常數(shù)K_A、K_B、K_C的大小關(guān)系為K_A=K_B＞K_C．若達(dá)到平衡狀態(tài)A時(shí)容器的體積為10L，則平衡狀態(tài)B時(shí)容器的體積為2L．②圖中虛線為該反應(yīng)在使用催化劑條件下，起始H₂，CO投料比和CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系圖．當(dāng)其他條件完全相同時(shí)，用實(shí)線畫出不使用催化劑情況下，起始H₂，CO投料比和CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系示意圖4．
（4）已知參與電極反應(yīng)的電極材料單位質(zhì)量放出電能的大小稱為該電池的比能量．關(guān)于二甲醚（CH₃OCH₃）堿性燃料電池與乙醇?jí)A性燃料電池，下列說法正確的是C（填字母）．
A、兩種燃料互為同分異構(gòu)體，分子式和摩爾質(zhì)量相同，比能量相同
B、兩種燃料所含共價(jià)鍵數(shù)目相同，斷鍵時(shí)所需能量相同，比能量相同
C、兩種燃料所含共價(jià)鍵類型不同，斷鍵時(shí)所需能量不同，比能量不同
（5）LiFePO₄與Li_1-nFePO₄作為磷酸亞鐵鋰電池電極材料，充放電過程中，發(fā)生LiFePO₄與Li_1-nFePO₄之間的轉(zhuǎn)化，電池放電時(shí)負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為L(zhǎng)i_nC₁-xe^-═xLi⁺+6C，寫出電池放電時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式Li_1-xFePO₄+Li_xC₆=6C+LiFePO₄．

Answer 1

分析 （1）由圖可知：2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiH（s）+2B（s）+MgH₂（s）+3H₂（g）△H=+200 kJ•mol^-1①
2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiBH₄（s）+Mg（s））+H₂（g）△H=+76 kJ•mol^-1②
2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiH（s）+MgB₂（s）+4H₂（g）△H=+183 kJ•mol^-1③
2LiH（s）+MgB₂（s）+4H₂（g）=2LiH（s）+2B（s）+MgH₂（s）+3H₂（g）△H=+（200-183）kJ•mol^-1④
即：MgB₂（s）+H₂（g）=2B（s）+MgH₂（s）△H=+17 kJ•mol^-1④
所以-④-②得：Mg（s）+2B（s）═MgB₂（s），據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)的焓變；
（2）①a．因?yàn)橛蓤DLiBH₄含量為0時(shí)，氫氣的體積為0，故25℃時(shí)，純鋁與水不反應(yīng)，；
b．負(fù)一價(jià)的氫與正一價(jià)的氫發(fā)生歸中反應(yīng)生成氫氣，LiBH₄+4H₂O=LiB（OH）₄+4H₂↑；
c．由圖可知25℃時(shí)，Al-LiBH₄復(fù)合材料中LiBH₄含量越高，1000s內(nèi)產(chǎn)生氫氣的體積越��；
（3）根據(jù)溫度和CO的轉(zhuǎn)化率確定反應(yīng)熱；溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)不變，溫度升高平衡向吸熱的方向移動(dòng)，平衡常數(shù)變化；根據(jù)CO的轉(zhuǎn)化率求出平衡常數(shù)，再根據(jù)A、B兩點(diǎn)的平衡常數(shù)相同求出容器的體積；使用催化劑，加快反應(yīng)速率，但是不會(huì)引起平衡的移動(dòng)；
（4）根據(jù)乙醇和二甲醚中結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式不同，發(fā)生反應(yīng)時(shí)斷裂的化學(xué)鍵不同，反應(yīng)放出的能量不會(huì)相同，據(jù)此進(jìn)行判斷；
（5）根據(jù)磷酸亞鐵鋰電池充放電過程中，發(fā)生LiFePO₄與Li_1-xFePO₄之間的轉(zhuǎn)化及電池放電時(shí)負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)寫出電池放電時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式．

解答 解：（1）由圖可知：2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiH（s）+2B（s）+MgH₂（s）+3H₂（g）△H=+200 kJ•mol^-1①
2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiBH₄（s）+Mg（s））+H₂（g）△H=+76 kJ•mol^-1②
2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiH（s）+MgB₂（s）+4H₂（g）△H=+183 kJ•mol^-1③
2LiH（s）+MgB₂（s）+4H₂（g）=2LiH（s）+2B（s）+MgH₂（s）+3H₂（g）△H=+（200-183）kJ•mol^-1④
即：MgB₂（s）+H₂（g）=2B（s）+MgH₂（s）△H=+17 kJ•mol^-1④
所以-④-②得：Mg（s）+2B（s）═MgB₂（s）△H=-（17+76）kJ•mol^-1，
故答案為：-93 kJ•mol^-1；
（2）①A、25℃時(shí)，純鋁與水不反應(yīng)，因?yàn)橛蓤DLiBH₄含量為0時(shí)，氫氣的體積為0，故選；
B、25℃時(shí)，純LiBH₄與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，負(fù)一價(jià)的氫與正一價(jià)的氫發(fā)生歸中反應(yīng)生成氫氣，故選；
C、由圖可知25℃時(shí)，Al-LiBH₄復(fù)合材料中LiBH₄含量越高，1000s內(nèi)產(chǎn)生氫氣的體積越小，故不選；
故答案為：AB；
（3）據(jù)圖象可知，溫度升高平衡逆向移動(dòng)，即逆反應(yīng)方向?yàn)槲鼰�，所以正反�?yīng)方向?yàn)榉艧�；因B點(diǎn)與A點(diǎn)溫度相同，K不變，對(duì)于上述反應(yīng)溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，所以A、B、C三點(diǎn)的平衡常數(shù)K_A=K_B＞K_C，T₁時(shí)，A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的α=0.5，據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式可得K=1．因B點(diǎn)與A點(diǎn)溫度相同，K不變，
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
起始（mol）  10          20            0
轉(zhuǎn)化（mol）  8           16            8 
平衡（mol）  2           4             8
則K=$\frac{\frac{8}{V}}{\frac{2}{V}×（\frac{4}{V}）^{2}}$=1，解得：V=2L，使用催化劑，加快反應(yīng)速率，但是不會(huì)引起平衡的移動(dòng)，當(dāng)不使用催化劑，起始H₂，CO投料比和CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系示意圖如下：，故答案為：放熱；K_A=K_B＞K_C；2；；
（4）化學(xué)反應(yīng)實(shí)質(zhì)是舊鍵的斷裂和新鍵的生成，放出的能量與舊鍵斷裂吸收的能量和新鍵的生成放出的能量有關(guān)，而二甲醚和乙醇分子中化學(xué)鍵類型不同，所以反應(yīng)過程中放出的能量不同，所以C正確，
故答案為：C；
（5）磷酸亞鐵鋰電池充放電過程中，發(fā)生LiFePO₄與Li_1-xFePO₄之間的轉(zhuǎn)化，其中LiFePO₄→Li_1-xFePO₄的轉(zhuǎn)化化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)，而電池放電時(shí)負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為：Li_xC₆-xe^-═_xLi⁺+6C，該反應(yīng)為氧化反應(yīng)，所以反應(yīng)轉(zhuǎn)化應(yīng)該為：LiFePO₄→Li_1-xFePO₄，所以電池放電時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Li_1-xFePO₄+Li_xC₆=6C+LiFePO₄，
故答案為：Li_1-xFePO₄+Li_xC₆=6C+LiFePO₄．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式書寫、原電池、電解池工作原理、化學(xué)反應(yīng)速率和平衡的影響因素及有關(guān)計(jì)算等知識(shí)，注意把握題中信息，能夠正確提取題中信息，聯(lián)系所學(xué)知識(shí)進(jìn)行解答，試題充分培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力本題涉及熱化學(xué)方程式的書寫，蓋斯定律的應(yīng)用，電化學(xué)知識(shí)，綜合性非常強(qiáng)，難度大．