Question

17．氫能是最重要的新能源．儲氫作為氫能利用的關鍵技術，是當前關注的熱點之一．
（1）氫氣是清潔能源，其燃燒產物為水．
（2）NaBH₄是一種重要的儲氫載體，能與水反應生成NaBO₂，且反應前后B的化合價不變，該反應的化學方程式為NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑，
反應消耗1molNaBH₄時轉移的電子數目為4N_A；
（3）儲氫還可借助有機物，如利用環已烷和苯之間的可逆反應來實現脫氫和加氫．
在某溫度下，向恒容容器中加入環已烷，其起始濃度為4mol•L^-1，平衡時環已烷的轉化率為25%，該反應的平衡常數K=27（mol/L）²
（4）一定條件下，如圖所示裝置可實現有機物的電化學儲氫（忽略其它有機物）．

①電源的負極為A（A或B），
導線中電子轉移方向為A→D．（用A、D表示）
②生成目標產物環已烷的電極反應式為C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂．
③高分子電解質膜通過n（H⁺）=11.2mol．

Answer 1

分析 （1）依據氫氣燃燒生成水解答；
（2）依據NaBH₄是一種重要的儲氫載體，能與水反應生成NaBO₂，且反應前后B的化合價不變，可知H元素化合價由-1價、+1價變為0價，再結合轉移電子守恒書寫化學方程式；
依據方程式及化合價變化計算轉移電子數目；
（3）依據平衡產數表達式計算解答；
（4）①根據圖知，苯中的碳得電子生成環己烷，則D作陰極，E作陽極，所以A是負極、B是正極，電子從負極流向陰極；
②該實驗的目的是儲氫，所以陰極上發生的反應為生產目標產物，陰極上苯得電子和氫離子生成環己烷；
③陽極上生成氧氣，同時生成氫離子，電極反應式為：2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂，據此計算轉移氫離子的物質的量．

解答 解：（1）氫氣燃燒生成水，沒有污染；
故答案為：水；
（2）NaBH₄是一種重要的儲氫載體，能與水反應生成NaBO₂，且反應前后B的化合價不變，所以NaBH₄與H₂O發生歸中反應，生成NaBO₂和氫氣，H元素化合價由-1價、+1價變為0價，依據得失電子守恒可知：NaBH₄的系數為1，H₂O的系數為2，依據原子個數守恒，反應方程式：NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑；
反應中NaBH₄中的-1價的氫升高到氫氣中的0價，消耗1molNaBH₄，失去4mol電子，轉移的電子數目4N_A；
故答案為：NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑；4N_A；
（3）依據轉化量等于計量系數之比，列三段：
                         
      起始濃度（mol/L）          4             0           0
       轉化濃度（mol/L）         4×25%            4×25%     3×4×25%
      平衡濃度（mol/L）          1                   1           3
反應平衡常數=$\frac{[C{\;}_{6}{H}_{6}][{H}_{2}]^{3}}{[{C}_{6}{H}_{12}]}$=$\frac{1×{3}^{3}}{1}$=27（mol/L）²；
故答案為：27（mol/L）²；
（4）①根據圖知，苯中的碳得電子生成環己烷，則D作陰極，E作陽極，所以A是負極、B是正極，電子從負極流向陰極即從A→D；
故答案為：A；A→D；
②該實驗的目的是儲氫，所以陰極上發生的反應為生產目標產物，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；
③陽極上生成氧氣，同時生成氫離子電極反應式2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂，生成1mol氧氣轉移4mol電子，則生成2.8mol氧氣，轉移11.2mol電子；
故答案為：11.2mol．

點評 本題考查了化學平衡、電解池原理等知識點，熟悉化學平衡常數表達式、電解池工作原理是解題關鍵，題目難度較大．