Question

【题目】氢能是重要的新能源。储氢作为氢能利用的关键技术，是当前关注的热点之一。

（1）可逆反应N2+3H22NH3是工业上合成氨的重要反应

图1（图中表示生成1 mol物质时的能量）

根据图1请写出合成氨的热化学方程式：__________________(热量用E1、E2或E3表示)。

（2）LiAlH4是一种重要的储氢载体，能与水反应达到LiAlO2和氢气，该反应消耗1 mol LiAlH4时转移的电子数目为__________。

（3）氮化锂是非常有前途的储氢材料，其在氢气中加热时可得到氨基锂(LiNH2)，其反应的化学方程式为：Li3N+2H2LiNH2+2LiH，氧化产物为_________(填化学式)，在270℃时，该反应可逆向发生放出H2，因而氮化锂可作为储氢材料，储存氢气最多可达Li3N质量的_____%(精确到0.1)。

（4）LiFePO4新型锂离子动力电池以其独特的优势成为奥运会绿色能源的新宠，已知电池放电时总反应式为FePO4+LiLiFePO4 ，电池正极反应为____________________。

（5）一定条件下，如图所示装置可实现有机物的电化学储氢(忽略其它有机物)。

①导线中电子移动方向为____________。(用A、D表示)

②生成目标产物的电极反应式为__________________________。

③该储氢装置的电流效率=__________________________。

(=×100%，计算结果保留小数点后1位)

Answer 1

【答案】（1）N2(g)+3H2g)2NH3(g) △H=2(E1E3)kJ·mol1

（2）4NA或2.408×1024

（3）LiNH2 11.4

（4）FePO4+ Li ++eLiFePO4

（5）①A→D ②C6H6+6H++6eC6H12 ③64.3%

【解析】本题主要是考查热化学方程式书写、氧化还原方程式的计算以及电化学原理的应用与计算。（1）反应物的总能量高于生成物总能量，反应是放热反应，反应的热化学方程式为N2(g)+3H2g)2NH3(g) △H=2(E1E3)kJ·mol1。

（2）LiAlH4是一种重要的储氢载体，能与水反应达到LiAlO2和氢气，反应前后Al元素的化合价不变，则反应前后Al元素的化合价均是＋3价，因此反应前LiAlH4中氢元素的化合价是－1价，水中氢元素的化合价是＋1价，LiAlH4中氢元素的化合价从－1价升高到0价，因此该反应消耗1 mol LiAlH4时转移的电子数目为4NA或2.408×1024。

（3）氢气中氢元素的化合价部分升高到＋1价，部分降低到－1价，所以氧化产物为LiNH2；该反应中，反应掉2 mol氢气，同时消耗1 mol氮化锂，所以储存氢气最多可达Li3N质量的：4/35×100%≈11.4%。

（4）已知电池放电时总反应式为FePO4+LiLiFePO4，因此电池正极反应为FePO4+ Li ++eLiFePO4。（5）①苯生成环戊烷属于得氢反应，因此是还原反应，即电极D是阴极，电极E是阳极，因此导线中电子的流动方向是A→D。②苯得到电子生成环戊烷是目标产物，由于存在质子交换膜，所以氢离子向阴极移动，则电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－C6H12。③阳极生成2.8 mol气体，该气体应该是阳极OH－放电生成的氧气，则转移电子的物质的量=2.8 mol×4=11.2 mol。阴极除生成环己烷外，还生成H2：2H＋＋2e－===H2↑，由题意可知，2n(H2)＋6n(C6H12)=11.2 mol，[10 mol＋n(H2)]×10%=10 mol×24%－n(C6H12)；解得n(H2)=2 mol，n(C6H12)=1.2 mol，根据电极反应式C6H6＋6H＋＋6e－C6H12可知生成1.2 mol C6H12时得到电子是7.2 mol，因此储氢装置的电流效率=×100%=64.3%。