Question

18．氫氣被公認(rèn)是21世紀(jì)替代礦物燃料的理想能源．請(qǐng)回答下列問(wèn)題
（1）若用水制取氫氣，以下研究方向不正確的是AC
A．構(gòu)成水的氫和氧都是可以燃燒的物質(zhì)，因此可以研究在水不分解的情況下，使氫元素成為一種能源
B．設(shè)法使太陽(yáng)光聚焦，產(chǎn)生高溫，使水分解產(chǎn)生氫氣
C．尋找高效催化劑，使水分解產(chǎn)生氫氣，同時(shí)釋放能量
D．尋找特殊化學(xué)物質(zhì)用于開(kāi)發(fā)廉價(jià)能源，以分解水制取氫氣
（2）氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)概念的新型發(fā)電裝置．其構(gòu)造如圖所示：a、b兩個(gè)極均由多孔性碳制成，通入的氣體由孔隙中逸出，并在電極表面放電．在導(dǎo)線中電子流動(dòng)方向?yàn)閍流向b（用a、b表示）．B電極發(fā)生的電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．若消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下5.6LH₂，則通過(guò)導(dǎo)向中的電子數(shù)為0.5N_A
（3）若氫氣的燃燒過(guò)程中，破壞1molH₂中的化學(xué)鍵消耗的能量為Q₁KJ，破壞1molO₂中的化學(xué)鍵為Q₂KJ，形成1molH₂O中的化學(xué)鍵釋放的能量為Q₃kJ，下列關(guān)系式正確的是D
A．Q₁+Q₂＞Q ₃                  B．Q₁+Q₂＜Q ₃
C.2Q₁+Q₂＞2Q ₃                D.2Q₁+Q₂＜2Q ₃．

Answer 1

分析 （1）A、水不分解也就是物質(zhì)不變化，物質(zhì)不變化也就不會(huì)產(chǎn)生新物質(zhì)，不產(chǎn)生新物質(zhì)就沒(méi)有氫氣．
B．通過(guò)水分解產(chǎn)生氫氣，這是可行的．
C．水分解產(chǎn)生氫氣，但需要吸收能量．
D．開(kāi)發(fā)廉價(jià)能源，以分解水制氫氣，這是可行的確．
（2）氫氧燃料電池中，通入氫氣的一極a為電源的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，通入氧氣的一極b為原電池的正極，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，原電池工作時(shí)，電子由負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，氫氧燃料電池的總反應(yīng)為：2H₂+O₂=2H₂O；
（3）化學(xué)反應(yīng)中舊鍵斷裂需要吸收能量，新鍵形成需要放出能量，化學(xué)反應(yīng)中的反應(yīng)熱△H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，H-H鍵的鍵能為436kJ/mol，O═O鍵的鍵能為498kJ/mol，注意氫氣在氧氣中燃燒，反應(yīng)熱△H＜0，每摩爾H₂O中含有2molH-O鍵，據(jù)此計(jì)算．

解答 解：（1）A、水不分解也就是物質(zhì)不變化，物質(zhì)不變化也就不會(huì)產(chǎn)生新物質(zhì)，不產(chǎn)生新物質(zhì)就沒(méi)有氫氣，故A錯(cuò)誤；
B．通過(guò)水分解產(chǎn)生氫氣，這是可行的．故B正確；
C．水分解產(chǎn)生氫氣，但需要吸收能量，故C錯(cuò)誤；
D．開(kāi)發(fā)廉價(jià)能源，以分解水制氫氣，這是可行的，故D正確；
故選AC．
（2）氫氧燃料電池中，通入氫氣的一極a為電源的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，通入氧氣的一極b為原電池的正極，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，原電池工作時(shí)，電子由負(fù)極a經(jīng)外電路流向正極b；消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下5.6L即0.25molH₂，則通過(guò)導(dǎo)向中的電子為0.5mol，數(shù)目為：0.5N_A．
故答案為：a流向b；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；0.5N_A；
（3）破壞1molH-H消耗的能量為Q₁kJ，則H-H鍵能為Q₁kJ/mol，破壞1molO═O鍵消耗的能量為Q₂kJ，則O═O鍵鍵能為Q₂kJ/mol，
形成1mol水中的化學(xué)鍵釋放的能量為Q₃kJ，每摩爾H₂O中含有2molH-O鍵，1molH-O鍵釋放的能量為$\frac{1}{2}$Q₃kJ，則H-O鍵能為$\frac{1}{2}$Q₃kJ/mol，
對(duì)于反應(yīng)2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）反應(yīng)熱△H=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能，
故：反應(yīng)熱△H=2Q₁kJ/mol+Q₂kJ/mol-4×$\frac{1}{2}$Q₃kJ/mol=（2Q₁+Q₂-2Q₃）KJ/mol，
由于氫氣在氧氣中燃燒，反應(yīng)熱△H＜0，即（2Q₁+Q₂-2Q₃）＜0，所以2Q₁+Q₂＜2Q₃，故選D．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了制取氫氣的方法原理、氫氣作為能源的主要優(yōu)點(diǎn)、原電池工作原理的應(yīng)用等知識(shí)，注意電極判斷，電極反應(yīng)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．