Question

2．開發(fā)新能源、新材料是實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展的需要，請回答下列問題：

（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的復合材料，并對Al-LiBH₄體系與水反應產(chǎn)氫的特性進行下列研究：25℃水浴時，每克不同配比的Al-LiBH，復合材料與水反應產(chǎn)生H₂體積隨時間變化關(guān)系如圖2所示，下列說法正確的是AB．（填字母）
A、25℃時，純鋁與水不反應
B、25℃時，純LiBH₄與水反應產(chǎn)生氫氣
C、25℃時，AI-LiBH₄復合材料中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，其反應的化學方程式為：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（P）的關(guān)系如圖3所示：
上述合成甲醇的反應為放熱反應（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．若達到平衡狀態(tài)A時容器的體積為10L，則平衡狀態(tài)B時容器的體積為2L．②圖中虛線為該反應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．當其他條件完全相同時，用實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堿性燃料電池，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、兩種燃料所含共價鍵數(shù)目相同，斷鍵時所需能量相同，比能量相同
C、兩種燃料所含共價鍵類型不同，斷鍵時所需能量不同，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，電池放電時負極發(fā)生的反應為Li_nC₁-xe^-═xLi⁺+6C，寫出電池放電時反應的化學方程式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)蓋斯定律計算反應的焓變；
（2）①a．因為由圖LiBH₄含量為0時，氫氣的體積為0，故25℃時，純鋁與水不反應，；
b．負一價的氫與正一價的氫發(fā)生歸中反應生成氫氣，LiBH₄+4H₂O=LiB（OH）₄+4H₂↑；
c．由圖可知25℃時，Al-LiBH₄復合材料中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)化率確定反應熱；溫度不變，化學平衡常數(shù)不變，溫度升高平衡向吸熱的方向移動，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兩點的平衡常數(shù)相同求出容器的體積；使用催化劑，加快反應速率，但是不會引起平衡的移動；
（4）根據(jù)乙醇和二甲醚中結(jié)構(gòu)簡式不同，發(fā)生反應時斷裂的化學鍵不同，反應放出的能量不會相同，據(jù)此進行判斷；
（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)化及電池放電時負極發(fā)生的反應寫出電池放電時反應的化學方程式．

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，純鋁與水不反應，因為由圖LiBH₄含量為0時，氫氣的體積為0，故選；
B、25℃時，純LiBH₄與水反應產(chǎn)生氫氣，負一價的氫與正一價的氫發(fā)生歸中反應生成氫氣，故選；
C、由圖可知25℃時，Al-LiBH₄復合材料中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，即逆反應方向為吸熱，所以正反應方向為放熱；因B點與A點溫度相同，K不變，對于上述反應溫度升高平衡向逆反應方向移動，平衡常數(shù)減小，所以A、B、C三點的平衡常數(shù)K_A=K_B＞K_C，T₁時，A點對應的α=0.5，據(jù)平衡常數(shù)表達式可得K=1．因B點與A點溫度相同，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，加快反應速率，但是不會引起平衡的移動，當不使用催化劑，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）化學反應實質(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鍵類型不同，所以反應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)化化合價降低，發(fā)生還原反應，而電池放電時負極發(fā)生的反應為：Li_xC₆-xe^-═_xLi⁺+6C，該反應為氧化反應，所以反應轉(zhuǎn)化應該為：LiFePO₄→Li_1-xFePO₄，所以電池放電時反應的化學方程式為：Li_1-xFePO₄+Li_xC₆=6C+LiFePO₄，
故答案為：Li_1-xFePO₄+Li_xC₆=6C+LiFePO₄．

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