Question

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）氢气是清洁能源，其燃烧产物为__________。

（2）NaBH₄是一种重要的储氢载体，能与水反应生成NaBO₂，且反应前后B的化合价不变，该反应的化学方程式为           _，反应消耗1mol NaBH₄时转移的电子数目为__________。

（3）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：

。

某温度下，向恒容密闭容器中加入环己烷，起始浓度为a mol/L，平衡时苯的浓度为bmol/L，该反应的平衡常数K＝                 。

（4）一定条件下，图示装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其它有机物）。

①导线中电子移动方向为      →      。（用A、B、C、D填空）

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＝               。（＝，计算结果保留小数点后1位）

Answer

（1）水或H2O （2）NaBH4＋2H2O=NaBO2＋4H2↑；4NA或2.408×1024

（3）mol3/L3 （4）①A→D 或者C→B ②C6H6＋6H＋＋6e－＝C6H12 ③82.1%

【解析】

试题分析：（1）氢气的燃烧产物是水。

（2）反应前后B元素的化合价不变，则反应前后B元素的化合价均是＋3价，因此反应前NaBH4中氢元素的化合价是－1价。水中氢元素的化合价是＋1价，因此反应中还有氢气生成，则反应的化学方程式为NaBH4＋2H2O=NaBO2＋4H2↑。NaBH4中氢元素的化合价从－1价升高到0价，因此1molNaBH4在反应中失去4mol电子，其数目是4NA或2.408×1024。

（3）平衡时苯的浓度是b mol/L，则根据反应的方程式可知消耗环戊烷的浓度是b mol/L，生成氢气的浓度是3b mol/L，平衡时环戊烷的浓度为（a－b）mol/L。由于化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，则该温度下反应的平衡常数为＝mol3/L3。

（4）①苯生成环戊烷属于得氢反应，因此是还原反应，即电极D是阴极，电极E是阳极，因此导线中电子的流动方向是A→D。

②苯得到电子生成环戊烷是目标产物，由于存在质子交换膜，所以氢离子向阴极移动，则电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－＝C6H12。

③阳极生成2.8mol气体，该气体应该是阳极OH－放电生成的氧气，则转移电子的物质的量＝2.8mol×4＝11.2mol。反应前苯是2.4mol，反应后苯是1.2mol，则消耗苯是1.2mol，根据电极反应式C6H6＋6H＋＋6e－＝C6H12可知得到电子是7.2mol，因此储氢装置的电流效率＝×100%＝64.3%。

【考点定位】本题主要是考查氧化还原方程式的配平和计算、平衡常数计算以及电化学原理的应用与计算

【名师点睛】此题的综合性比较强，考查到了化学反应的基本原理，包括氧化还原反应、化学反应与能量、电化学、化学反应速率与化学平衡等。在解题过程中要把一个复杂的问题简单化，分离出单一的问题运用单一的原理进行解答，降低试题的难度。该类试题意在考查学生对信息的获取能力，侧重考查学生灵活应用基础知识解决实际问题的能力。该题的难点是电极反应式的书写和电化学计算，计算的关键是利用好电子得失守恒。