Question

【題目】(2016天津)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) ΔH1

O2(g)+B(l)=A(l)+H2O2(l) ΔH2

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ΔH____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) ΔH<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y mol H2只需1 mol MHx

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+2OHFeO42+3H2↑，工作原理如圖1所示。裝置通電后，鐵電極附近生成紫紅色的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，其原因是_______。

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（任寫其中2個）；H2+2OH--2e-=2H2O

（2）＜

（3）ac

（4）光能轉化為化學能

（5）①陽極室

②防止Na2FeO4與H2反應使產率降低

③M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】

試題分析：（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，故答案為：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) ΔH1，②O2(g)+B(l)=A(l)+H2O2(l) ΔH2，兩反應的ΔS＜0，根據ΔG=ΔHTΔS，因為均為兩反應自發反應，因此ΔH均小于0，將①+②得：H2(g)+ O2(g)= H2O2(l)的ΔH=ΔH1+ΔH1＜0，故答案為：＜；

（3）MHx(s)+yH2(g)MHx+2y(s) ΔH<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，壓強不變，正確；b.該反應為可逆反應，吸收y mol H2需要大于1 mol 的MHx，錯誤；c.降低溫度，平衡向正反應方向移動，平衡常數增大，正確；d.向容器內通入少量氫氣，相當于增大壓強，平衡正向移動，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，故答案為：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，故答案為：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，故答案為：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，故答案為：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)。