Question

5．氫能的研究和利用是當(dāng)今科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一，而尋找性能優(yōu)越、安全性高、價(jià)格低廉、環(huán)保的儲(chǔ)氫材料則成為氫能研究的關(guān)鍵．目前正在研究好已經(jīng)使用的儲(chǔ)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(zhuǎn)換形式為電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，氯化鎂晶體脫水時(shí)工業(yè)冶煉鎂的關(guān)鍵工藝之一先將MgCl₂•6H₂0轉(zhuǎn)化為MgCl₂•NH₄Cl•nNH₃（銨鎂復(fù)鹽），然后在700℃脫氨得到無水氯化鎂，脫氨反應(yīng)的化學(xué)方程式為MgCl₂•NH₄Cl•nNH₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$MgCl₂+（n+1）NH₃↑+HCl↑；
（2）鎂鋁合金（Mg₁₇Al₁₂�。┦且环N潛在的儲(chǔ)氫材料，可在氬氣保護(hù)下，將一定化學(xué)計(jì)量比的Mg、Al單質(zhì)熔煉獲得．該合金在一定條件下完全吸氫的反應(yīng)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(shí)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(yīng)，釋放出H₂的物質(zhì)的量為52mol．
（3）儲(chǔ)氫還可借助有機(jī)物，如利用環(huán)己烷和苯之間的可逆反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)有機(jī)物的電化學(xué)儲(chǔ)氫（忽略其他有機(jī)物）．

①A為電源的負(fù)極；C電極的電極反應(yīng)式為C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂．
②該儲(chǔ)氫裝置的電流效率η=64.3%．（η=$\frac{生成目標(biāo)產(chǎn)物消耗的電子數(shù)}{轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)}$×100%，計(jì)算結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后1位）．Fe₃O₄/Al₂O₃．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)氧化鎂具有較高的熔點(diǎn)，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(zhuǎn)化成化學(xué)能；先將MgCl₂•6H₂0轉(zhuǎn)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(xué)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(yīng)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(fù)極、B是正極；
②陽極上生成氧氣，同時(shí)生成氫離子，陰極上苯得電子和氫離子反應(yīng)生成環(huán)己烷，苯參加反應(yīng)需要電子的物質(zhì)的量與總轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量之比就是電流效率．

解答 解：（1）因?yàn)檠趸�鎂具有較高的熔點(diǎn)，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(zhuǎn)化成化學(xué)能；MgCl₂•NH₄Cl•nNH₃，在700℃脫氨得到無水氯化鎂，反應(yīng)的化學(xué)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(zhuǎn)化成化學(xué)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(zhì)，容易被空氣中的氧氣氧化，通入氬氣作保護(hù)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(huì)全部釋放出來，鎂鋁合金中的鎂和鋁都能與鹽酸反應(yīng)生成H₂，生成氫氣的物質(zhì)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(yīng)式為C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂，D作陽極，所以A是負(fù)極、B是正極，故答案為：負(fù)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(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=2.8mol×4=11.2mol，
生成1mol氧氣時(shí)生成2mol氫氣，則生成2.8mol氧氣時(shí)同時(shí)生成5.6mol氫氣，
設(shè)參加反應(yīng)的苯的物質(zhì)的量是xmol，參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量是3xmol，剩余苯的物質(zhì)的量為10mol×24%-xmol，反應(yīng)后苯的含量=$\frac{10mol×24%-x}{10mol-3xmol+5.6mol}$=10%，
x=1.2，苯轉(zhuǎn)化為環(huán)己烷轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1.2mol×6=7.2mol，則$\frac{7.2mol}{11.2mol}$×100%=64.3%，故答案為：64.3%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較綜合，涉及常見金屬元素及其化合物主要性質(zhì)、氧化還原反應(yīng)的計(jì)算、化學(xué)平衡計(jì)算、電化學(xué)原理等，把握化學(xué)反應(yīng)原理為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析、應(yīng)用能力的考查，題目難度中等．