Question

2．開發新能源、新材料是實現社會可持續發展的需要，請回答下列問題：

（1）如圖1是2LiBH₄/MgH₂體系放氫焓變示意圖．
則：Mg（s）+2B（s）=MgB₂（s）△H═-93 kJ•mol^-1．
（2）采用球磨法制備Al與LiBH₄的復合材料，并對Al-LiBH₄體系與水反應產氫的特性進行下列研究：25℃水浴時，每克不同配比的Al-LiBH，復合材料與水反應產生H₂體積隨時間變化關系如圖2所示，下列說法正確的是AB．（填字母）
A、25℃時，純鋁與水不反應
B、25℃時，純LiBH₄與水反應產生氫氣
C、25℃時，AI-LiBH₄復合材料中LiBH₄含量越高，1000s內產生氫氣的體積越大
（3）工業上可采用CO和H₂合成再生能源甲醇，其反應的化學方程式為：CO（g）+2H₂（g）═CH₂OH（g）．
①在一容積可變的密閉容器中，充有10molCO和20molH₂，用于合成甲醇．CO的平衡轉化率（a）與溫度（T）．壓強（P）的關系如圖3所示：
上述合成甲醇的反應為放熱反應（填“放熱”或“吸熱”），平衡常數K_A、K_B、K_C的大小關系為K_A=K_B＞K_C．若達到平衡狀態A時容器的體積為10L，則平衡狀態B時容器的體積為2L．②圖中虛線為該反應在使用催化劑條件下，起始H₂，CO投料比和CO平衡轉化率的關系圖．當其他條件完全相同時，用實線畫出不使用催化劑情況下，起始H₂，CO投料比和CO平衡轉化率的關系示意圖4．
（4）已知參與電極反應的電極材料單位質量放出電能的大小稱為該電池的比能量．關于二甲醚（CH₃OCH₃）堿性燃料電池與乙醇堿性燃料電池，下列說法正確的是C（填字母）．
A、兩種燃料互為同分異構體，分子式和摩爾質量相同，比能量相同
B、兩種燃料所含共價鍵數目相同，斷鍵時所需能量相同，比能量相同
C、兩種燃料所含共價鍵類型不同，斷鍵時所需能量不同，比能量不同
（5）LiFePO₄與Li_1-nFePO₄作為磷酸亞鐵鋰電池電極材料，充放電過程中，發生LiFePO₄與Li_1-nFePO₄之間的轉化，電池放電時負極發生的反應為Li_nC₁-xe^-═xLi⁺+6C，寫出電池放電時反應的化學方程式Li_1-xFePO₄+Li_xC₆=6C+LiFePO₄．

Answer 1

分析 （1）由圖可知：2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiH（s）+2B（s）+MgH₂（s）+3H₂（g）△H=+200 kJ•mol^-1①
2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiBH₄（s）+Mg（s））+H₂（g）△H=+76 kJ•mol^-1②
2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiH（s）+MgB₂（s）+4H₂（g）△H=+183 kJ•mol^-1③
2LiH（s）+MgB₂（s）+4H₂（g）=2LiH（s）+2B（s）+MgH₂（s）+3H₂（g）△H=+（200-183）kJ•mol^-1④
即：MgB₂（s）+H₂（g）=2B（s）+MgH₂（s）△H=+17 kJ•mol^-1④
所以-④-②得：Mg（s）+2B（s）═MgB₂（s），據蓋斯定律計算反應的焓變；
（2）①a．因為由圖LiBH₄含量為0時，氫氣的體積為0，故25℃時，純鋁與水不反應，；
b．負一價的氫與正一價的氫發生歸中反應生成氫氣，LiBH₄+4H₂O=LiB（OH）₄+4H₂↑；
c．由圖可知25℃時，Al-LiBH₄復合材料中LiBH₄含量越高，1000s內產生氫氣的體積越小；
（3）根據溫度和CO的轉化率確定反應熱；溫度不變，化學平衡常數不變，溫度升高平衡向吸熱的方向移動，平衡常數變化；根據CO的轉化率求出平衡常數，再根據A、B兩點的平衡常數相同求出容器的體積；使用催化劑，加快反應速率，但是不會引起平衡的移動；
（4）根據乙醇和二甲醚中結構簡式不同，發生反應時斷裂的化學鍵不同，反應放出的能量不會相同，據此進行判斷；
（5）根據磷酸亞鐵鋰電池充放電過程中，發生LiFePO₄與Li_1-xFePO₄之間的轉化及電池放電時負極發生的反應寫出電池放電時反應的化學方程式．

解答 解：（1）由圖可知：2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiH（s）+2B（s）+MgH₂（s）+3H₂（g）△H=+200 kJ•mol^-1①
2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiBH₄（s）+Mg（s））+H₂（g）△H=+76 kJ•mol^-1②
2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiH（s）+MgB₂（s）+4H₂（g）△H=+183 kJ•mol^-1③
2LiH（s）+MgB₂（s）+4H₂（g）=2LiH（s）+2B（s）+MgH₂（s）+3H₂（g）△H=+（200-183）kJ•mol^-1④
即：MgB₂（s）+H₂（g）=2B（s）+MgH₂（s）△H=+17 kJ•mol^-1④
所以-④-②得：Mg（s）+2B（s）═MgB₂（s）△H=-（17+76）kJ•mol^-1，
故答案為：-93 kJ•mol^-1；
（2）①A、25℃時，純鋁與水不反應，因為由圖LiBH₄含量為0時，氫氣的體積為0，故選；
B、25℃時，純LiBH₄與水反應產生氫氣，負一價的氫與正一價的氫發生歸中反應生成氫氣，故選；
C、由圖可知25℃時，Al-LiBH₄復合材料中LiBH₄含量越高，1000s內產生氫氣的體積越小，故不選；
故答案為：AB；
（3）據圖象可知，溫度升高平衡逆向移動，即逆反應方向為吸熱，所以正反應方向為放熱；因B點與A點溫度相同，K不變，對于上述反應溫度升高平衡向逆反應方向移動，平衡常數減小，所以A、B、C三點的平衡常數K_A=K_B＞K_C，T₁時，A點對應的α=0.5，據平衡常數表達式可得K=1．因B點與A點溫度相同，K不變，
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
起始（mol）  10          20            0
轉化（mol）  8           16            8 
平衡（mol）  2           4             8
則K=$\frac{\frac{8}{V}}{\frac{2}{V}×（\frac{4}{V}）^{2}}$=1，解得：V=2L，使用催化劑，加快反應速率，但是不會引起平衡的移動，當不使用催化劑，起始H₂，CO投料比和CO平衡轉化率的關系示意圖如下：，故答案為：放熱；K_A=K_B＞K_C；2；；
（4）化學反應實質是舊鍵的斷裂和新鍵的生成，放出的能量與舊鍵斷裂吸收的能量和新鍵的生成放出的能量有關，而二甲醚和乙醇分子中化學鍵類型不同，所以反應過程中放出的能量不同，所以C正確，
故答案為：C；
（5）磷酸亞鐵鋰電池充放電過程中，發生LiFePO₄與Li_1-xFePO₄之間的轉化，其中LiFePO₄→Li_1-xFePO₄的轉化化合價降低，發生還原反應，而電池放電時負極發生的反應為：Li_xC₆-xe^-═_xLi⁺+6C，該反應為氧化反應，所以反應轉化應該為：LiFePO₄→Li_1-xFePO₄，所以電池放電時反應的化學方程式為：Li_1-xFePO₄+Li_xC₆=6C+LiFePO₄，
故答案為：Li_1-xFePO₄+Li_xC₆=6C+LiFePO₄．

點評 本題考查了熱化學方程式書寫、原電池、電解池工作原理、化學反應速率和平衡的影響因素及有關計算等知識，注意把握題中信息，能夠正確提取題中信息，聯系所學知識進行解答，試題充分培養了學生的分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力本題涉及熱化學方程式的書寫，蓋斯定律的應用，電化學知識，綜合性非常強，難度大．