【題目】氫能是發(fā)展中的新能源,它的利用包括氫的制備、儲存和應(yīng)用三個環(huán)節(jié);卮鹣铝袉栴}:

(1)與汽油相比,氫氣作為燃料的優(yōu)點是_________(至少答出兩點)。但是氫氣直接燃燒的能量轉(zhuǎn)換率遠低于燃料電池,寫出堿性氫氧燃料電池的負極反應(yīng)式:____________。

(2)以甲烷為原料可制得氫氣。圖1是一定溫度、壓強下,CH4(g)與H2O(g)反應(yīng)生成CO(g)和1mol H2(g)的能量(KJ)變化示意圖,寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式_______________(△H用E1、E2、E3表示)。

(3)在恒溫恒容的密閉容器中,某儲氫反應(yīng):MHx(s)+yH2(g)MHx+2y(s) ΔH<0達到化學(xué)平衡。下列有關(guān)敘述正確的是________。

A.容器內(nèi)氣體壓強保持不變

B.吸收y mol H2只需1 mol MHx

C.若降溫,該反應(yīng)的平衡常數(shù)增大

D.若向容器內(nèi)通入少量氫氣,則v(放氫)>v(吸氫)

(4)化工生產(chǎn)的副產(chǎn)氫也是氫氣的來源。電解法制取有廣泛用途的Na2FeO4,同時獲得氫氣:Fe+2H2O+2OH-FeO42-+3H2↑,工作原理如圖1所示。裝置通電后,鐵電極附近生成紫紅色的FeO42-,鎳電極有氣泡產(chǎn)生。若氫氧化鈉溶液濃度過高,鐵電極區(qū)會產(chǎn)生紅褐色物質(zhì)。已知:Na2FeO4只在強堿性條件下穩(wěn)定,易被H2還原。

①電解一段時間后,c(OH-)降低的區(qū)域在__________(填“陰極室”或“陽極室”)。

②電解過程中,須將陰極產(chǎn)生的氣體及時排出,其原因是_____________。

c(Na2FeO4)隨初始c(NaOH)的變化如圖2,分析N點c( Na2FeO4)低于最高值的原因:_____________。

(5)在容積可變的密閉容器中充入10molCO和20molH2,發(fā)生CO ( g ) + 2H2 ( g )CH3OH ( g ) △H<0, CO 的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度(T)、壓強(P)的變化如圖所示,當達到平衡狀態(tài)A 時,容器的體積為1 L。若反應(yīng)開始時仍充入10mol CO 和20mol H2,則在平衡狀態(tài)B時容器的體積V(B)= L。

【答案】(1)污染;可再生;來源廣;資源豐富;燃燒熱值高(任寫其中2個)(2分);

H2+2OH-+2e-=2H2O(2分)(2)CH4(g)+H2O(g)═CO(g)+3H2(g) △H=3(E2-E1)kJ·mol-1

(3)ac(2分) (4)①陽極室(1分) ②防止Na2FeO4與H2反應(yīng)使產(chǎn)率降低 (1分)

③N點:c(OH)過高,鐵電極上有氫氧化鐵生成,使Na2FeO4產(chǎn)率降低。(2分) (5)0.2L(2分)

【解析】

試題分析:(1)與汽油相比,氫氣作為燃料的優(yōu)點有污染。豢稍偕;來源廣;資源豐富;燃燒熱值高等,堿性氫氧燃料電池的負極反應(yīng)式為H2+2OH--2e-=2H2O;

(2)根據(jù)圖像可知生成物總能量高于反應(yīng)物總能量,反應(yīng)是吸熱反應(yīng),則熱化學(xué)方程式為 CH4(g)+H2O(g)═CO(g)+3H2(g) △H=3(E2-E1)kJ·mol-1

3MHx(s)+yH2(g)MHx+2y(s) ΔH<0,該反應(yīng)屬于氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化的反應(yīng)。A.平衡時氣體的物質(zhì)的量不變,壓強不變,正確;B.該反應(yīng)為可逆反應(yīng),吸收y mol H2需要大于1 mol MHx,錯誤;C.降低溫度,平衡向正反應(yīng)方向移動,平衡常數(shù)增大,正確;D.向容器內(nèi)通入少量氫氣,相當于增大壓強,平衡正向移動,v(放氫)v(吸氫),錯誤;答案選ac;

4根據(jù)題意鎳電極有氣泡產(chǎn)生是氫離子放電生成氫氣,鐵電極發(fā)生氧化反應(yīng),溶液中的氫氧根離子減少,因此電解一段時間后,c(OH)降低的區(qū)域在陽極室;

氫氣具有還原性,根據(jù)題意Na2FeO4只在強堿性條件下穩(wěn)定,易被H2還原。電解過程中,須將陰極產(chǎn)生的氣體及時排出,防止Na2FeO4H2反應(yīng)使產(chǎn)率降低;

根據(jù)題意Na2FeO4只在強堿性條件下穩(wěn)定,在M點,c(OH-)低,Na2FeO4穩(wěn)定性差,且反應(yīng)慢,在N點:c(OH-)過高,鐵電極上有氫氧化鐵生成,使Na2FeO4產(chǎn)率降低。

(5)當達到平衡狀態(tài)A 時,CO轉(zhuǎn)化率是0.5,則消耗CO是5mol,氫氣是10mol,生成甲醇是5mol,剩余CO和氫氣分別是5mol、10mol,則該溫度下平衡常數(shù)K=;平衡狀態(tài)B時CO中的轉(zhuǎn)化率是0.8,則消耗CO是8mol,氫氣是16mol,生成甲醇是8mol,剩余CO和氫氣分別是2mol、4mol,則,解得V=0.2L,即在平衡狀態(tài)B時容器的體積V(B)=0.2L。

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3)化學(xué)方程式中n值為__________。

4)此反應(yīng)在四種不同情況下的反應(yīng)速率分別為:

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