Question

氫能以其潔凈、高效、高熱值、環境友好等特點成為最有前途的新能源，制氫和儲氫的方法有很多．

（1）如圖A、B所示電化學裝置工作時均與H₂有關．
①圖A所示裝置可用于電解K₂MnO₄制KMnO₄，通電一段時間后陰極附近溶液的pH將會

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
②圖B所示裝置為吸附了氫氣的納米碳管等材料制作的二次電池的原理，開關連接用電器時，鎳電極發生

 

（填“氧化”或“還原”）反應；開關連接充電器時，陽極的電極反應為

 

．
（2）熱化學循環法制氫．已知：
①2Br₂（g）+2CaO（s）═2CaBr₂（s）+O₂（g）△H=-146kJ?mol^-1
②3FeBr₂（s）+4H₂O（g）═Fe₃O₄（s）+6HBr（g）+H₂（g）△H=+384kJ?mol^-1
③CaBr₂（s）+H₂O（g）═CaO（s）+2HBr（g）△H=+212kJ?mol^-1
④Fe₃O₄（s）+8HBr（g）═Br₂（g）+3FeBr₂（s）+4H₂O（g）△H=-274kJ?mol^-1
則：2H₂O（g）═2H₂（g）+O₂（g）的△H=

 

kJ?mol^-1．
（3）光電化學分解制氫，原理如圖C所示，鈦酸鍶光電極的電極反應為4OH^--4e^-═O₂+2H₂O，則鉑電極的電極反應為

 

．
（4）生物質制氫，若將生物質氣化爐中出來的氣體[主要有CH₄、CO₂、H₂O（g）、CO及H₂]在1.01×10⁵Pa下進入轉換爐，改變溫度條件，各成分的體積組成關系如圖D所示．下列有關圖象的解讀正確的是

 

．
A．利用CH₄與H₂O（g）及CO₂轉化為合成氣CO和H₂理論上是可行的
B．CH₄（g）+CO₂（g）→2CO（g）+2H₂（g）和CH₄（g）+H₂O（g）→CO（g）+3H₂（g），都是放熱反應
C．CH₄與CO₂及H₂O（g）轉化為合成氣CO和H₂的適宜溫度約為900℃
D．圖象中曲線的交點處表示反應達到平衡
（5）LiBH₄具有非常高的儲氫能力，分解時生成氫化鋰和兩種單質，試寫出該分解反應的化學方程式

 

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Answer 1

考點：電解原理,化學方程式的書寫,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,原電池和電解池的工作原理

專題：

分析：（1）①根據陰極反應方程式判斷；
②根據開關連接用電器時，應為原電池原理，則電子流向，鎳電極為正極得電子發生還原反應；開關連接充電器時，鎳電極為陽極失電子發生的電極反應
Ni（OH）₂+OH^--e^-=NiO（OH）+H₂O；
（2）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；
（3）依據原電池原理分析，電子流向的方向為原電池的正極，電子流出的一端為原電池的負極；堿溶液中鉑電極上是氫離子放電生成氫氣的反應；
（4）圖象分析可知，隨溫度升高甲烷、水、二氧化碳減少，一氧化碳、氫氣增加分析判斷；
（5）依據原子守恒書判斷產物寫化學方程式．

解答： 解：（1）①電解K₂MnO₄制KMnO₄，通電一段時間后陰極反應為：2H⁺+2e^-═H₂↑，消耗了氫離子，所以PH增大；故答案為：增大；
②開關連接用電器時，應為原電池原理，則根據電子流向，鎳電極為正極得電子發生還原反應；開關連接充電器時，鎳電極為陽極失電子發生的電極反應Ni（OH）₂+OH^--e^-=NiO（OH）+H₂O；故答案為：還原；Ni（OH）₂+OH^--e^-=NiO（OH）+H₂O；
（2）①2Br₂（g）+2CaO（s）→2CaBr₂（s）+O₂（g）△H=-146kJ/mol
②3FeBr₂（s）+4H₂O（g）→Fe₃O₄（s）+6HBr（g）+H₂（g）△H=384kJ/mol
③CaBr₂（s）+H₂O（g）→CaO（s）+2HBr（g）△H=212kJ/mol
④Fe₃O₄+8HBr（g）→Br₂（g）+3FeBr₂（s）+4H₂O（g）△H=-274kJ/mol，
依據蓋斯定律①+②×2+③×2+④×2得到則2H₂O（g）?2H₂（g）+O₂（g）△H=498KJ/mol，
故答案為：498；
（3）依據裝置圖中的電子流向分析，鉑電極做原電池正極，溶液中氫離子得到電子生成氫氣，電極反應為：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，
故答案為：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；
（4）A．圖象分析可知隨溫度升高，甲烷、二氧化碳、水蒸氣減小，一氧化碳、氫氣增多，所以利用CH₄與H₂O（g）及CO₂轉化為合成氣CO和H₂理論上是可行的，故A正確；
B．依據圖象分析，隨溫度升高，甲烷、二氧化碳、水蒸氣減小，一氧化碳、氫氣增多，升溫平衡正向進行，CH₄（g）+CO₂（g）→2CO（g）+2H₂（g）和CH₄（g）+H₂O（g）→CO（g）+3H₂（g），都是吸熱反應，故B錯誤；
C．圖象分析可知在900°C時，二氧化碳甲烷反應最徹底，生成一氧化碳和氫氣的量最大，CH₄與CO₂及H₂O（g）轉化為合成氣CO和H₂適宜溫度約900℃，故C正確；
D．圖象中曲線的交點處表示的是物質含量相同，但反應不一定達到平衡，故D錯誤；
故答案為：AC；
（5）LiBH₄由于具有非常高的儲氫能力，分解時生成氫化鋰和兩種單質，依據元素化合價變化和原子守恒分析可知，生成物中是氫氣和硼單質，依據原子守恒寫出分析方程式為：2LiBH₄=2LiH+2B+3H₂↑，故答案為：2LiBH₄=2LiH+2B+3H₂↑．

點評：本題考查了化學平衡常數平衡移動分析判斷，熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，主要是圖象曲線變化特征分析理解，掌握基礎是關鍵，題目難度較大．