Question

【題目】氫能是發展中的新能源，它的利用包括氫的制備、儲存和應用三個環節．回答下列問題：
（1）與汽油相比，氫氣作為燃料的優點是（至少答出兩點）．但是氫氣直接燃燒的能量轉換率遠低于燃料電池，寫出堿性氫氧燃料電池的負極反應式： ．
（2）氫氣可用于制備H2O2 ． 已知：
H2（g）+A（l）═B（l）△H1
O2（g）+B（l）═A（l）+H2O2（l）△H2
其中A、B為有機物，兩反應均為自發反應，則H2（g）+O2（g）═H2O2（l）的△H=0（填“＞”或“=”）
（3）在恒溫恒容的密閉容器中，某儲氫反應：MHx（s）+yH2（g）MHx+2y（s）△H＜0達到化學平衡．下列有關敘述正確的是
a．容器內氣體壓強保持不變
b．吸收ymol H2只需1molMHx
c．若降溫，該反應的平衡常數增大
d．若向容器內通入少量氫氣，則v（放氫）＞v（吸氫）
（4）利用太陽能直接分解水制氫，是最具吸引力的制氫途徑，其能量轉化形式為 ．
（5）化工生產的副產氫也是氫氣的來源，電解法制取有廣泛用途的Na2FeO4 ． 同時獲得氫氣：Fe+2H2O+2OH﹣→FeO42﹣+3H2↑，裝置如圖所示，裝置通電后，鐵電極附近生成紫紅色FeO42﹣ ， 鎳電極有氣泡產生．若氫氧化鈉溶液濃度過高，鐵電極區會產生紅褐色物質．
已知：Na2FeO4只在強堿性條件下穩定，易被H2還原．
①電解一段時間后，c（OH﹣）降低的區域在（填“陰極室”或“陽極室”）．
②電解過程中，須將陰極產生的氣體及時排出，其原因為 ．
③c（Na2FeO4）隨初始c（NaOH）的變化如圖2，任選M、N兩點中的一點，分析c（Na2FeO4）低于最高值的原因 ．

Answer 1

【答案】
（1）污染小、可再生、來源廣、資源豐富、燃燒熱值高；H2+2OH﹣﹣2e﹣=2H2O
（2）＜
（3）ac
（4）將光能轉化為化學能
（5）陽極室；防止Na2FeO4與H2反應使產率降低；M點：c（OH﹣）低，Na2FeO4穩定性差，且反應慢（或N點：c（OH﹣）過高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na2FeO4產率降低）
【解析】（1）與汽油相比，氫氣作為燃料的優點有污染小、可再生、來源廣、資源豐富、燃燒熱值高等；堿性氫氧燃料電池的負極反應式為H2+2OH﹣﹣2e﹣=2H2O，所以答案是：污染小、可再生、來源廣、資源豐富、燃燒熱值高；H2+2OH﹣﹣2e﹣=2H2O；（2）①H2（g）+A（l）=B（l）△H1 ， ②O2（g）+B（l）=A（l）+H2O2（l）△H2 ， 兩反應的△S＜0，根據△G=△H﹣T△S，因為均為兩反應自發反應，因此△H均小于0，將①+②得：H2（g）+O2（g）=H2O2（l）的△H=△H1+△H1＜0，所以答案是：＜；（3）MHx（s）+yH2（g）MHx+2y（s）△H＜0，該反應屬于氣體的物質的量發生變化的反應，a．平衡時氣體的物質的量不變，容器內氣體壓強保持不變，正確；b．該反應為可逆反應，不能完全轉化，吸收ymol H2需大于1mol MHx ， 錯誤；c．若降溫，平衡正向移動，該反應的平衡常數增大，正確；d．若向容器內通入少量氫氣，相當于增大壓強，平衡正向移動，則v（放氫）＜v（吸氫），錯誤；故選ac；
（4）利用太陽能直接分解水制氫，是將光能轉化為化學能，所以答案是：將光能轉化為化學能；
（5）①根據題意鎳電極有氣泡產生是氫離子放電生成氫氣，鐵電極發生氧化反應，溶液中的氫氧根離子減少，因此電解一段時間后，c（OH﹣）降低的區域在陽極室，所以答案是：陽極室；②氫氣具有還原性，根據題意Na2FeO4只在強堿性條件下穩定，易被H2還原．電解過程中，須將陰極產生的氣體及時排出，防止Na2FeO4與H2反應使產率降低，所以答案是：防止Na2FeO4與H2反應使產率降低；③根據題意Na2FeO4只在強堿性條件下穩定，在M點，c（OH﹣）低，Na2FeO4穩定性差，且反應慢，在N點：c（OH﹣）過高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na2FeO4產率降低，
所以答案是：M點：c（OH﹣）低，Na2FeO4穩定性差，且反應慢（或N點：c（OH﹣）過高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na2FeO4產率降低）．
【考點精析】掌握反應熱和焓變和化學平衡的計算是解答本題的根本，需要知道在化學反應中放出或吸收的熱量，通常叫反應熱；反應物轉化率=轉化濃度÷起始濃度×100%=轉化物質的量÷起始物質的量×100%；產品的產率=實際生成產物的物質的量÷理論上可得到產物的物質的量×100%．