Question

(12分)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）氢气是清洁燃料，其燃烧产物为________。

（2）NaBH4是一种重要的储氢载体，能与水反应得到NaBO2，且反应前后B的化合价不变，该反应的化学方程式为__________________________________________，反应消耗1 mol NaBH4时转移的电子数目为________。

（3）储氢还可借助有机物，如利用环己烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢：

在某温度下，向恒容密闭容器中加入环己烷，其起始浓度为a mol·L－1，平衡时苯的浓度为b mol·L－1，该反应的平衡常数K＝________。

（4）一定条件下，如图所示装置可实现有机物的电化学储氢(忽略其他有机物)。

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η＝____________________。(，计算结果保留小数点后1位)

 

Answer 1

（12分）（1）H2O（1分）

（2）NaBH4＋2H2O===NaBO2＋4H2↑

4NA或2.408×1024

（3） mol3·L－3

（4）①A→D（1分） ②C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12 ③64.3%

【解析】

试题分析：（1）氢气在氧气中燃烧的产物是H2O；

（2）根据题意可知NaBH4中B的化合价不变，始终是+3价，则H元素的化合价是-1价，所以与水反应的产物还有氢气，化学方程式为NaBH4＋2H2O===NaBO2＋4H2↑；反应消耗1 mol NaBH4时，生成4mol氢气，其中一半是氧化产物，一半是还原产物，所以转移的电子数目是2mol×2×NA=4NA；

（3）平衡时苯的浓度是b mol·L－1，则氢气的浓度是3 b mol·L－1，环己烷的平衡浓度是（a- b ）mol·L－1，属于该反应的平衡常数K= b mol·L－1×（3 b mol·L－1）3/（a- b ）mol·L－1= mol3·L－3

（4）①根据图示可知，苯生成环己烷是还原反应，所以D是阴极，则A是负极，所以电子的流向是A→D；

②苯得到电子生成环己烷是目标产物，发生还原反应，电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12

③阳极生成的2.8mol气体应是氧气，转移电子的物质的量是2.8mol×4=11.2mol,设阴极消耗苯的物质的量是xmol，转移6xmol电子，生成xmol环己烷，根据得失电子守恒可知，阴极还产生氢气，物质的量是（11.2-6x）/2mol，10mol的混合气中苯的物质的量是10mol×24%=2.4mol,后来得到含苯10%的混合气，则剩余苯的物质的量是(2.4-x)mol,由于电解池中的高分子电解质膜只允许氢离子通过，所以左侧得到的含苯的物质的量分数是10%的混合气的物质的量是[10+（11.2-6x）/2]mol，所以(2.4-x)/ [10+（11.2-6x）/2]=10%，解得x=1.2，电流效率η=6×1.2/11.2×100%=64.3%。

考点：考查氧化还原反应的计算，平衡常数的表达，电解反应原理的应用