题目内容

氢氧燃料电池是一种用氢气作为能源的电池．这种燃料电池的效率要比传统内燃机的效率高很多，所以燃料电池汽车（FCV）会有很高的效率．Schlesinger等人提出可用NaBH4与水反应制氢气：BH4-+2H2O=BO2-+4H2↑（反应实质为水电离出来的H+被还原）．该反应的产氢速率受外界条件影响．下表为pH和温度对NaBH4 半衰期的影响（半衰期是指反应过程中，某物质的浓度降低到初始浓度一半时所需的时间）．
体系
pH[		 不同温度下NaBH4的半衰期（min）
0℃ 25℃ 50℃ 75℃
8 4.32×100 6.19×10-1 8.64×10-2 1.22×10-2
10 4.32×102 6.19×101 8.64×100 1.22×100
12 4.32×104 6.19×103 8.64×102 1.22×102
14 4.32×106 6.19×105 8.64×104 1.22×104
根据要求回答下列问题：
（1）已知，NaBH4与水反应后所得溶液显碱性，则溶液中各离子浓度大小关系为
 
．
（2）从上表可知，温度对NaBH4与水反应速率产生怎样的影响？答：
 
．
（3）反应体系的pH为何会对NaBH4与水反应的反应速率产生影响？答：
 
．
（4）实验表明，将NaBH4溶于足量水，释放的H2比理论产量少得多（即反应一段时间后有NaBH4剩余也不再反应）．其可能原因是
 
．
分析：（1）依据NaBH4与水反应制氢气：BH4-+2H2O=BO2-+4H2↑，反应生成的盐溶液BO2-在溶液中水解显碱性分析判断溶液中离子浓度大小；
（2）依据图表数据分析，随温度升高体系半衰期缩短，反应速率加快；
（3）分析图表数据可知PH增大，半衰期增长，反应速率减慢；
（4）随反应进行，溶液的pH逐渐增大，反应速率变小．常温时，当体系pH＞12，半衰期为6． 19×103min分析反应速率变慢判断．
解答：解：（1）NaBH4与水反应制氢气：BH4-+2H2O=BO2-+4H2↑，反应生成的盐溶液BO2-在溶液中水解显碱性，溶液中离子浓度大小为c（Na+）＞c（BO2-）＞c（OH-）＞c（H+），
故答案为：c（Na+）＞c（BO2-）＞c（OH-）＞c（H+）；
（2）图表数据分析，随温度升高体系半衰期缩短，反应速率加快，故答案为：温度越大，反应速率越大；
（3）NaBH4与水反应制氢气：BH4-+2H2O=BO2-+4H2↑，反应实质为水电离出来的H+被还原，图表数据可知PH增大，半衰期增长，反应速率减慢，体系碱性越强，水电离出来的H+浓度越低，因而反应速率越慢，
故答案为：体系碱性越强，水电离出来的H+浓度越低，因而反应速率越慢；
（4）随反应进行，溶液的pH逐渐增大，反应速率变小．常温时，当体系pH＞12，半衰期为6． 19×103min，反应速率很小，反应几乎停止，
故答案为：随反应进行，溶液的pH逐渐增大，反应速率变小．常温时，当体系pH＞12，半衰期为6． 19×103min（约为4.3天），反应速率非常小，可认为反应停止．
点评：本题考查了溶液碱性的原因和图表数据分析总结规律和分析应用判断，题干信息的应用和分析判断是解题关键，题目难度中等．
练习册系列答案
相关题目
化学在能源开发与利用中起着十分关键的作用．氢气是一种新型的绿色能源，又是一种重要的化工原料．
I．氢氧燃料电池能量转化率高，具有广阔的发展前景．现用氢氧燃料电池进行如图实验（图中所用电极均为惰性电极）：
（1）对于氢氧燃料电池中，下列表达不正确的是
CD
CD

A．a电极是负极，OH-移向负极
B．b电极的电极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-
C．电池总反应式为：2H2+O2
 点燃 
.
 
2H2O
D．电解质溶液的pH保持不变
E．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
（2）上图装置中盛有100mL、0.1mol?L-1AgNO3溶液，当氢氧燃料电池中消耗氢气112mL（标准状况下）时，则此时上图装置中溶液的pH=
1
1
  （溶液体积变化忽略不计）
II氢气是合成氨的重要原料．工业上合成氨的反应是：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H=-92.20kJ?mol-1．
（1）下列事实中，不能说明上述可逆反应已达到平衡的是
②③
②③
（填序号）
①单位时间内生成2n mol NH3的同时生成3n mol H2
②单位时间内生成n mol N-H的同时生成n mol N≡N
③用N2、H2、NH3的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为1：3：2
④N2、H2、NH3的体积分数不再改变
⑤混合气体的平均摩尔质量不再改变
⑥混合气体的总物质的量不再改变
（2）已知合成氨反应在某温度下2L的密闭容器中进行，测得如下数据：

时间（h）
物质的量（mol）		 0 1 2 3 4
N2 1.50 n1 1.20 n3 1.00
H2 4.50 4.20 3.60 n4 3.00
NH3 0 0.20 N2 1.00 1.00
根据表中数据计算：
①反应进行到2小时时放出的热量为
27.66kJ
27.66kJ

②此条件下该反应的化学平衡常数K=
4
27
4
27
（保留两位小数）
③反应达到平衡后，若往平衡体系中再加入N2、H2和NH3各1.00mol，化学平衡将向
正反应
正反应
  方向移动（填“正反应”或“逆反应”、“不移动”）．
绿色、低碳、环保新能源是当今经济社会关注的热点．
I．如图是太阳光伏电池光电转换系统示意图，由图判断：
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N型半导体是电池的
 
极；电流由极流向
 
极（填X、Y）
Ⅱ．下列观点符合科学道理的有：
 
；
A．核电站能把化学能转化为电能，应大力发展核能；
B．太阳光伏电池是把光能转换成电能的装置，其工作原理与原电池工作原理相同；
C．大量使用锂电池是开发环保新能源的举措；
D．氢氧燃料电池是一种绿色、环保、低碳的新能源；
Ⅲ．2010年全球锂离子电池总产量超过38亿只，回收废旧锂离子电池意义重大，其中需要重点回收利用的是正极材料，其主要成份有LiCoO2（钴酸锂），炭黑，铝箔等，某种回收流程如下：
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（1）碱浸时，正极材料中
 
溶解（填名称）发生反应的化学方程式：
 
；
（2）写出滤液A中通入过量CO2的离子方程式：
 
；D溶液呈
 
（填“酸性”、“碱性”或“中性”），原因是（用离子方程式表示）：
 
．
（3）酸浸发生反应的化学方程式是：
 
；该反应若转移0.5mole-，则在标准状况下产生O2体积为
 
L．

英国国家海洋学中心于2009年8月14日发布新闻公报说，中心的研究人员及其同行利用声呐等手段探测到北极海洋中存在大量甲烷气泡，证实了全球变暖会使海底释放大量甲烷的说法。研究人员认为，这些甲烷可能会反过来加剧全球变暖。

（1）右图是1molCH4和O2完全反应生成CO2气体与水蒸气过程中能量变化示意图，又已知 H2O(l)＝H2O(g) △H＝44.0kJ·mol－1， 请写出1molCH4和O2完全反应生成CO2气体与液态水的热化学方程式                                   。 

（2）美国阿波罗宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型的电池，氢气虽然使用方便，却受到价格和来源的限制。常用的燃料往往是某些碳氢化合物，如甲烷（天然气）、汽油等。电池的构造如图所示：两个电极均由多孔碳制成，通入的气体由孔隙中流出，并从电极表面放出。

①请写出甲烷燃料电池中a极的电极反应式为                                 。

②此时电池内的总反应方程式为                                 。

（3）某课外活动小组利用右图所示装置探究甲烷于氯气的反应。根据题意，回答下列问题：

   ①CH4与Cl2发生反应的条件是          ；若用日光直射，可能会引起                                            。

②实验中可观察的实验现象有：量筒内壁出现油状液滴，饱和食盐水中有少量固体析出，                ，                    等。

③用饱和食盐水而不用谁的原因是                          。

④实验中生成的油状液滴中的氯仿可作局部麻醉剂，常因保存不慎而被空气氧化，产生剧毒气体——光气，反应化学方程式为2CHCl3＋O2 → 2COCl2＋2HCl，上述反应        （填选项符号，下同）

A．属于取代反应                   B．不属于取代反应

为防止事故发生，在使用前检验氯仿是否变质可选用的试剂是            

A．氢氧化钠溶液      B．硝酸银溶液             C．稀盐酸           

D．水                E．湿润的蓝色石蕊试纸     F．湿润的无色酚酞试纸

化学在能源开发与利用中起着十分关键的作用。氢气是一种新型的绿色能源，又是一种重要的化工原料。

I．氢氧燃料电池能量转化率高，具有广阔的发展前景。现用氢氧燃料电池进行右图实验（图中所用电极均为惰性电极）：

（1）对于氢氧燃料电池中，下列表达不正确的是________       

A．a电极是负极，OH－移向负极

B．b电极的电极反应为：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－

C．电池总反应式为：2H2+O22H2O

D．电解质溶液的pH保持不变

E．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置

（2）上图装置中盛有100mL、0.1mol·L—1AgNO3溶液，当氢氧燃料电池中消耗氢气112mL（标准状况下）时，则此时上图装置中溶液的pH＝________  （溶液体积变化忽略不计）

 

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