Question

（15分）氢能是重要的新能源。储氢作为氢能利用的关键技术，是当前关注的热点之一。

（1）氢气作为能源最大的优点是燃烧产物是水，无污染。请你再列举一条氢气作为能源的优点：_____________________________________________。

（2）LiAlH₄是一种重要的储氢载体，能与水反应得到LiAlO₂和氢气，该反应消耗1mol LiAlH₄时转移的电子数目为_______________________________________。

（3）氮化锂（Li₃N）是非常有前途的储氢材料，其在氢气中加热时可得到氨基锂（LiNH₂），其反应的化学方程式为；Li₃N＋2H₂LiNH₂＋2LiH，氧化产物为___________（填化学式）。在270℃时，该反应可逆向发生放出H₂，因而氮化锂可作为储氢材料，储存氢气最多可达Li₃N质量的___________％（精确到0．1）。

（4）储氢还可借助有机物，如利用环己烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢：

在某温度下，向恒容密闭容器中加入环己烷，其起始浓度为a mol·L^－1，平衡时苯的浓度为b mol·L^－1，该反应的平衡常数K＝__________。

（5）一定条件下，如图所示装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其他有机物）。

①导线中电子移动方向为__________。（用A、D表示）

②生成目标产物的电极反应式为_______________________________。

③该储氢装置的电流效率η＝_________________。

（η＝×100％，计算结果保留小数点后1位）

Answer

（1）原料来源广，热值高等；

（2）4NA；

（3）LiNH2；11.4；

（4）27b4/(a-b) mol3·L－3；

（5）①AD；②C6H6+6e-+6H+=C6H12；③64.3%

【解析】

试题分析：（1）氢气作为新型能源，其产物为水无污染，同时生成氢气的原料为水，单位质量的氢气放出的热量较高；

（2）LiAlH4中H元素的化合价是-1价，与水反应的化学方程式是LiAlH4+2H2O=4H2↑+LiAlO2，则每消耗1molLiAlH4，同时消耗2mol水，则H元素的化合价从+1价降低到0价，转移电子4mol，则电子数目是4NA；

（3）氮化锂与氢气的反应中，只有H元素的化合价发生变化，生成LiNH2中的H元素的化合价是+1价，氧化产物是还原剂失去电子被氧化得到的产物，元素的化合价升高，所以氧化产物是LiNH2；生成2mol氢气，质量是4g，生成氮化锂的质量是35g，则储存氢气最多可达Li3N质量的4g/35g×100%=11.4%；

（4）平衡时苯的浓度为bmol/L，则氢气的浓度是苯浓度的3倍，为3bmol/L，环己烷的浓度是（a-b）mol/L ，所以平衡常数K=（3bmol/L）3×bmol/L/(a-b) mol/L=27b4/(a-b) mol3·L－3；

（5）①根据装置图可知，D极苯的质量分数降低，苯部分转化为环己烷，发生还原反应，则D为阴极，与电源的负极相连，所以A是负极，B是正极，则导线中电子移动方向是从电源的负极流向阴极，即从A流向D；

②该装置中氢离子与苯反应生成环己烷，达到储氢的目的，所以生成目标产物的电极反应式为C6H6+6e-+6H+=C6H12；

③根据装置图可知阳极生成2.8mol气体，阳极发生氧化反应，氢氧根离子放电生成氧气，所以2.8mol气体为氧气，转移电子的物质的量＝2.8mol×4＝11.2mol。混合气中苯的物质的量是10mol×24%=2.4mol，若出来的混合气体仍为10mol，则苯的物质的量是1mol，说明消耗苯的物质的量是2.4-1=1.4mol，则失去电子的物质的量为8.4mol，不符合得失电子守恒，所以反应后阴极的混合气体不是10mol，应有氢气放出。设阴极消耗苯的物质的量是xmol，则同时生成 xmol环戊烷，根据电子守恒可知，阴极生成氢气是（11.2-6x）/2＝5.6mol－3xmol，所以阴极出来的混合气的物质的量是 (10+5.6-3x)mol，剩余苯的物质的量是2.4mol-xmol，则（2.4-x）mol/(10+5.6-3x)mol＝0.1，解得x＝1.2，因此储氢装置的电流效率＝1.2×6/11.2×100%＝64.3%。

考点：考查电化学反应原理的应用，平衡常数的计算