Question

9．氫能是重要的新能源，儲氫作為氫能利用的關鍵技術(shù)，是當前關注的熱點之一．
（1）氫氣作為能源最大的優(yōu)點是燃燒產(chǎn)物是水，無污染．請你再列舉一條氫氣作為能源的優(yōu)點：原料來源廣、熱值高等．
（2）LiAlH₄是一種重要的儲氫載體，能與水反應得到LiAlO₂和氫氣，該反應消耗1molLiAlH₄時轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為4N_A或2.408×10²⁴．
（3）氮化鋰（Li₃N）是非常有前途的儲氫材料，其在氫氣中加熱時可得到氨基鋰（LiNH₂），其反應的化學方程式為Li₃N+2H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$LiNH₂+2LiH，氧化產(chǎn)物為LiNH₂（填化學式）．在270℃時，該反應可逆向發(fā)生放出H₂，因而氨化鋰可作為儲氫材料，儲存氫氣最多可達Li₃N質(zhì)量的11.4%（精確到0.1）
（4）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)脫氫和加氫：
（g）$\stackrel{催化劑}{?}$（g）+3H₂（g）△H
在某溫度下，向恒容密閉容器中加入環(huán)己烷，其起始濃度為a mol•L^-1，平衡時苯的濃度為b mol•L^-1，該反應的平衡常數(shù)K=$\frac{27^{4}}{a-b}$mol³•L^-3．
（5）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）．
①導線中電子移動方向為A→D（用A、D表示）
②生成目標產(chǎn)物的電極反應式為C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂．
③該儲氫裝置的電流效率η=64.3%．（η=$\frac{生成目標產(chǎn)物消耗的電子數(shù)}{轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)}$×100%，計算結(jié)果保留小數(shù)點后1位） 

Answer 1

分析 （1）氫氣來源于水，氫氣燃燒放出大量的熱；
（2）LiAlH₄與水反應得到LiAlO₂和氫氣，只有H元素的化合價變化，反應消耗1molLiAlH₄時，4molH失去電子；
（3）Li₂N+2H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$LiNH₂+2LiH中，氫氣化合價由0變成+1價，由0降低為-1價；結(jié)合反應可知Li₃N～2H₂，以此計算，
（4）化學平衡常數(shù)K=$\frac{c（{C}_{6}{H}_{6}）{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（{C}_{6}H12）}$；
（5）①根據(jù)圖知，苯中的碳得電子生成環(huán)己烷，則D作陰極，E作陽極，所以A是分解、B是正極，電子從負極流向陰極；
②該實驗的目的是儲氫，所以陰極上發(fā)生的反應為生產(chǎn)目標產(chǎn)物，陰極上苯得電子和氫離子生成環(huán)己烷；
③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(zhì)的量與總轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量之比就是電流效率η．

解答 解：（1）氫氣來源于水，氫氣燃燒放出大量的熱，則氫氣作為能源的優(yōu)點為原料來源廣、熱值高等，故答案為：原料來源廣、熱值高等；
（2）LiAlH₄與水反應得到LiAlO₂和氫氣，只有H元素的化合價變化，反應消耗1molLiAlH₄時，4molH失去電子，則轉(zhuǎn)移電子為4N_A或2.408×10²⁴個，
故答案為：4N_A或2.408×10²⁴；
（3）反應Li₃N+2H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$LiNH₂+2LiH中，鋰元素、N元素化合價不變，氫元素化合價由0變成+1價的LiNH₂，化合價升高被氧化，所以氧化產(chǎn)物為LiNH₂；
該反應中，Li₃N～2H₂，所以儲存氫氣最多可達Li₃N質(zhì)量的：$\frac{4}{35}$×100%≈11.4%，
故答案為：LiNH₂；11.4；
（4）環(huán)己烷的起始濃度為amol•L^-1，平衡時苯的濃度為bmol•L^-1，同一容器中各物質(zhì)反應的物質(zhì)的量濃度之比等于其計量數(shù)之比，所以根據(jù)方程式知，環(huán)己烷的平衡濃度為（a-b）mol/L，氫氣的濃度為3bmol/L，則平衡常數(shù)K=$\frac{c（{C}_{6}{H}_{6}）{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（{C}_{6}H12）}$mol³•L^-3=$\frac{b×（3b）^{3}}{（a-b）}$=$\frac{27^{4}}{a-b}$mol³•L^-3，
故答案為：$\frac{27^{4}}{a-b}$mol³•L^-3；
（5）①根據(jù)圖知，苯中的碳得電子生成環(huán)己烷，則D作陰極，E作陽極，所以A是分解、B是正極，電子從負極流向陰極，所以電子從A流向D，故答案為：A→D；
②該實驗的目的是儲氫，所以陰極上發(fā)生的反應為生產(chǎn)目標產(chǎn)物，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，故答案為：C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂；
③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(zhì)的量是xmol，參加反應的氫氣的物質(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%．

點評 本題考查較綜合，涉及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(cè)重分析、應用能力的考查，題目難度中等．