Question

5．氫能的研究和利用是當今科學研究的熱點之一，而尋找性能優(yōu)越、安全性高、價格低廉、環(huán)保的儲氫材料則成為氫能研究的關鍵．目前正在研究好已經(jīng)使用的儲氫合金有鎂系合金、稀土系合金等．回答下列問題．
（1）工業(yè)上用電解無水氯化鎂而不是氧化鎂獲得鎂的原因是消耗大量的電能．該過程的主要能量轉換形式為電能轉化成化學能，氯化鎂晶體脫水時工業(yè)冶煉鎂的關鍵工藝之一先將MgCl₂•6H₂0轉化為MgCl₂•NH₄Cl•nNH₃（銨鎂復鹽），然后在700℃脫氨得到無水氯化鎂，脫氨反應的化學方程式為MgCl₂•NH₄Cl•nNH₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$MgCl₂+（n+1）NH₃↑+HCl↑；
（2）鎂鋁合金（Mg₁₇Al₁₂　）是一種潛在的儲氫材料，可在氬氣保護下，將一定化學計量比的Mg、Al單質熔煉獲得．該合金在一定條件下完全吸氫的反應方程式為Mg₁₇Al₁₂+17H₂=17MgH₂+12Al．得到的混合物Y（17MgH₂+12Al）在一定條件下可釋放出氫氣．
①熔煉制備鎂鋁合金（Mg₁₇Al₁₂）時通入氬氣的目的是防止Mg Al被空氣氧化．
②在足量的HCl溶液中，混合物X能完全釋放出H₂．1molMg₁₇Al₁₂完全吸氫后得到的混合物X與上述鹽酸完全反應，釋放出H₂的物質的量為52mol．
（3）儲氫還可借助有機物，如利用環(huán)己烷和苯之間的可逆反應來實現(xiàn)儲氫和加氫：
（g）+3H₂（g）$\frac{\underline{\;\;\;\;\;\;\;\;\;高溫\;\;\;\;\;\;\;\;\;}}{Fe_{3}O_{4}/Al_{2}O_{3}}$（g）
一定條件下，如圖所示裝置可實現(xiàn)有機物的電化學儲氫（忽略其他有機物）．

①A為電源的負極；C電極的電極反應式為C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂．
②該儲氫裝置的電流效率η=64.3%．（η=$\frac{生成目標產(chǎn)物消耗的電子數(shù)}{轉移的電子總數(shù)}$×100%，計算結果保留小數(shù)點后1位）．Fe₃O₄/Al₂O₃．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)氧化鎂具有較高的熔點，電解氧化鎂獲得鎂要消耗大量的電能；電解主要是將電能轉化成化學能；先將MgCl₂•6H₂0轉化為MgCl₂•NH₄Cl•nNH₃，然后在700℃脫氨得到無水氯化鎂，依據(jù)原子守恒書寫化學方程式；
（2）①鎂、鋁是親氧元素，易被氧氣氧化；
②釋放出的H₂ 包括Mg₁₇Al₁₂吸收的氫，還包括鎂、鋁和鹽酸反應生成的氫氣；
（3）①根據(jù)圖知，苯中的碳得電子生成環(huán)己烷，則C作陰極，陰極上苯得電子和氫離子生成環(huán)己烷，D作陽極，所以A是負極、B是正極；
②陽極上生成氧氣，同時生成氫離子，陰極上苯得電子和氫離子反應生成環(huán)己烷，苯參加反應需要電子的物質的量與總轉移電子的物質的量之比就是電流效率．

解答 解：（1）因為氧化鎂具有較高的熔點，電解氧化鎂獲得鎂要消耗大量的電能，所以用電解無水氯化鎂而不是氧化鎂獲得鎂；電解主要是將電能轉化成化學能；MgCl₂•NH₄Cl•nNH₃，在700℃脫氨得到無水氯化鎂，反應的化學方程式MgCl₂•NH₄Cl•nNH₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$MgCl₂+（n+1）NH₃↑+HCl↑；故答案為：消耗大量的電能；電能轉化成化學能；MgCl₂•NH₄Cl•nNH₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$MgCl₂+（n+1）NH₃↑+HCl↑；
（2）①鎂、鋁都是活潑的金屬單質，容易被空氣中的氧氣氧化，通入氬氣作保護氣，以防止二者被氧化，故答案為：防止Mg Al被空氣氧化；
②1molMg₁₇Al₁₂完全吸氫17mol，在鹽酸中會全部釋放出來，鎂鋁合金中的鎂和鋁都能與鹽酸反應生成H₂，生成氫氣的物質的量分別為17mol、18mol，則生成氫氣一共（17+17+12×$\frac{3}{2}$）mol=52mol，故答案為：52mol；
（3）①根據(jù)圖知，苯中的碳得電子生成環(huán)己烷，則C作陰極，陰極上苯得電子和氫離子生成環(huán)己烷，電極反應式為C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂，D作陽極，所以A是負極、B是正極，故答案為：負極；C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂；
②陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，陽極上生成2.8mol氧氣轉移電子的物質的量=2.8mol×4=11.2mol，
生成1mol氧氣時生成2mol氫氣，則生成2.8mol氧氣時同時生成5.6mol氫氣，
設參加反應的苯的物質的量是xmol，參加反應的氫氣的物質的量是3xmol，剩余苯的物質的量為10mol×24%-xmol，反應后苯的含量=$\frac{10mol×24%-x}{10mol-3xmol+5.6mol}$=10%，
x=1.2，苯轉化為環(huán)己烷轉移電子的物質的量為1.2mol×6=7.2mol，則$\frac{7.2mol}{11.2mol}$×100%=64.3%，故答案為：64.3%．

點評 本題考查較綜合，涉及常見金屬元素及其化合物主要性質、氧化還原反應的計算、化學平衡計算、電化學原理等，把握化學反應原理為解答的關鍵，側重分析、應用能力的考查，題目難度中等．