Question

【题目】氢能是发展中的新能源，它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节。回答下列问题：

（1）已知氢气在氧气中燃烧生成3.6g液态水放热57.16kJ的热量，请写出表示氢气燃烧热的热化学方程式___________________________；若断开H2(g)中1molH-H需要吸收436kJ的能量，生成H2O(g)中的1mol H-O键放出463 kJ的能量，18g液态水转化为水蒸气需要吸收44 kJ的能量，则断开1molO2中的共价键需要吸收___________kJ的能量。

（2）氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池，写出碱性氢氧燃料电池的正极反应式：___

（3）利用太阳能直接分解水制氢，是最具吸引力的制氢途径，其能量转化形式为_______

（4）在恒温恒容的密闭容器中，某储氢反应：MHx(s)+yH2(g)MHx+2y(s) ΔH<0达到化学平衡。下列有关叙述正确的是________

a．容器内气体压强保持不变

b. 1 mol MHx能够吸收ymol H2

c．若降温，该反应的平衡常数增大

d．若向容器内通入少量氢气，则c(H2)增大

（5）化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：Fe+2H2O+2OHFeO42+3H2↑，工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色的FeO42，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。

①请写出阳极电极反应式________________________

②电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是______________________

③c( Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2，请分析在实验中控制NaOH浓度为14mol/L的原因：______________。

Answer 1

【答案】 H2(g) +1/2O2(g)=H2O(l) ,ΔH=-285.8kJ．mol-1 496.4 O2 +2H2O +4e-=4OH- 太阳能转化为化学能 ac Fe+8 OH- -6e-=FeO42- +4H2O 防止Na2FeO4被H2还原 低于14mol/LNa2FeO4不稳定，高于14mol/LNa2FeO4转化为Fe(OH)3

【解析】(1)氢气在氧气中燃烧生成3.6g液态水放热57.16kJ的热量，则生成18g液态水放热57.16kJ×=285.8kJ的热量，表示氢气燃烧热的热化学方程式为H2(g) +1/2O2(g)=H2O(l) ΔH=-285.8kJ·mol-1；则H2(g) +1/2O2(g)=H2O(g) ΔH=-241.8kJ·mol-1焓变△H=反应物总键能-生成物总键能=436kJ·mol-1+E(O2)-463 kJ·mol-1×2=-241.8kJ·mol-1，解得E(O2)=496.4 kJ·mol-1，故答案为：H2(g) +1/2O2(g)=H2O(l) ,ΔH=-285.8kJ·mol-1；496.4；

(2)碱性氢氧燃料电池的正极上氧气得到电子发生还原反应，电极反应式为O2 +2H2O +4e-=4OH-，故答案为：O2 +2H2O +4e-=4OH-；

(3)利用太阳能直接分解水制氢，是将光能转化为化学能，故答案为：将光能转化为化学能；

(4)MHx(s)+yH2(g)MHx+2y(s)△H＜0，该反应属于气体的物质的量发生变化的反应，a．平衡时气体的物质的量不变，容器内气体压强保持不变，正确；b．该反应为可逆反应，不能完全转化，吸收ymol H2需大于1mol MHx，错误；c．若降温，平衡正向移动，该反应的平衡常数增大，正确；d．若向容器内通入少量氢气，相当于增大压强，平衡正向移动，但温度不变，平衡常数不变，c(H2)不变，错误；故答案为：ac；

(5)①阳极发生氧化反应，铁失电子生成高铁酸根离子，电极反应式为：Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O，故答案为：Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O；

②电解过程中，阴极产生的气体为氢气，具有还原性，能够将Na2FeO4还原，因此电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，故答案为：防止Na2FeO4被H2还原；

③根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，在M点，c(OH-)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢，在N点：c(OH-)过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使Na2FeO4产率降低，故答案为：低于14mol/LNa2FeO4不稳定，高于14mol/LNa2FeO4转化为Fe(OH)3。