Question

13．氫能的研究和利用是當今科學研究的熱點之一，而尋找性能優越，安全性高、價格低廉、環保的儲氫
材料則成為氫能研究的關鍵．目前正在研究和已經使用的儲氫合金有鎂系合金己土系合金等．回答下列
問題：
（1）工業上用電解無水氯化鎂而不是氧化鎂獲得鎂的原因是消耗大量的電能．
該過程的主要能量轉換形式為電能轉化成化學能．氯化鎂晶體脫水是工業冶煉鎂的關鍵工藝之一，一種氯化鎂晶體脫水的方法是先將MgCl₂•6H₂O轉化為MgCl₂•NH₄Cl•nNH₃（銨鎂復鹽），然后在700℃下脫氨得到無水氯化鎂，脫氨反應的化學方程式為MgCl₂•NH₄Cl•nNH₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$MgCl₂+（n+1）NH₃↑+HCl↑．
（2）儲氫材料Mg（AlH₄）₂ 在110～200℃時即可分解釋放出H₂，同時生成Al．Mg（AlH₄）₂ 中氫元素的化合價為-1，該分解反應中氧化產物與還原產物的物質的量之比為3：2．
（3）儲氫可借助有機物，如利用環氫還可逆反應來實現儲氫和脫氫：

一定條件下，如圖裝置可實現有機物的電化學儲氫（忽略其他有機物）．
①A為電源的負極；氣體M是氧氣．
②C電極的電極反應式為C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂．
（4）鎂鋁合金（Mg₁₇Al₁₂）是一種潛在的儲氫材料，可在氬氣保護下，將一定化學計量比的Mg、Al單質在一定溫度下熔煉獲得．該合金在一定條件下完全吸氫的化學方程式為Mg₁₇Al₁₂+17H₂═12Al+17MgH₂．得到的混合物X（12Al+17MgH₂） 在一定條件下可釋放出氫氣．
①熔煉制備鎂鋁合金（Mg₁₇Al₁₂）時通入氬氣的目的是防止Mg Al被空氣氧化．
②在足量的HC1溶液中，混合物X能完全釋放H₂．1mol Mg₁₇Al₁₂完全吸氫后得到的混合物X與上述鹽酸完全反應，釋放出H₂的物質的量為52mol．

Answer 1

分析 （1）根據氧化鎂具有較高的熔點，電解氧化鎂獲得鎂要消耗大量的電能；電解主要是將電能轉化成化學能；先將MgCl₂•6H₂0轉化為MgCl₂•NH₄Cl•nNH₃，然后在700℃脫氨得到無水氯化鎂，依據原子守恒書寫化學方程式；
（2）Mg（AlH₄）₂中Mg是+2價，Al是+3價，則H為-1價；根據題意，Mg（AlH₄）₂═MgH₂+2Al+3H₂↑，氧化產物與還原產物的物質的量之比為3：2；
（3）①根據圖知，苯中的碳得電子生成環己烷，則C作陰極，陰極上苯得電子和氫離子生成環己烷，D作陽極，氫氧根失電子放出氧氣，據此分析；
②根據圖知，苯中的碳得電子生成環己烷，則C作陰極，陰極上苯得電子和氫離子生成環己烷；
（4）①鎂、鋁是親氧元素，易被氧氣氧化；
②釋放出的H₂ 包括Mg₁₇Al₁₂吸收的氫，還包括鎂、鋁和鹽酸反應生成的氫氣．

解答 解：（1）因為氧化鎂具有較高的熔點，電解氧化鎂獲得鎂要消耗大量的電能，所以用電解無水氯化鎂而不是氧化鎂獲得鎂；電解主要是將電能轉化成化學能；MgCl₂•NH₄Cl•nNH₃，在700℃脫氨得到無水氯化鎂，反應的化學方程式MgCl₂•NH₄Cl•nNH₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$MgCl₂+（n+1）NH₃↑+HCl↑，
故答案為：消耗大量的電能；電能轉化成化學能；MgCl₂•NH₄Cl•nNH₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$MgCl₂+（n+1）NH₃↑+HCl↑；
（2）Mg（AlH₄）₂中Mg是+2價，Al是+3價，則H為-1價；根據題意，Mg（AlH₄）₂═MgH₂+2Al+3H₂↑，氧化產物與還原產物的物質的量之比為3：2；
故答案為：-1；3：2；
（3）①根據圖知，苯中的碳得電子生成環己烷，則C作陰極，陰極上苯得電子和氫離子生成環己烷，電極反應式為C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂，D作陽極，氫氧根失電子放出氧氣，所以A是負極、B是正極，氣體M是氧氣，故答案為：負極；氧氣；
②根據圖知，苯中的碳得電子生成環己烷，則C作陰極，陰極上苯得電子和氫離子生成環己烷，電極反應式為C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂，故答案為：C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂；
（4）①鎂、鋁都是活潑的金屬單質，容易被空氣中的氧氣氧化，通入氬氣作保護氣，以防止二者被氧化，故答案為：防止Mg Al被空氣氧化；
②1molMg₁₇Al₁₂完全吸氫17mol，在鹽酸中會全部釋放出來，鎂鋁合金中的鎂和鋁都能與鹽酸反應生成H₂，生成氫氣的物質的量分別為17mol、18mol，則生成氫氣一共（17+17+12×$\frac{3}{2}$）mol=52mol，故答案為：52mol．

點評 本題考查較綜合，涉及常見金屬元素及其化合物主要性質、氧化還原反應的計算、化學平衡計算、電化學原理等，把握化學反應原理為解答的關鍵，側重分析、應用能力的考查，題目難度中等．