Question

20．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）与汽油相比，氢气作为燃料的优点是污染小、可再生、来源广、资源丰富、燃烧热值高（至少答出两点）．
但是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负极反应式：H₂+2OH^--2e^-=2H₂O．
（2）氢气可用于制备H₂O₂．已知：
H₂（g）+A（l）═B（l）△H₁
O₂（g）+B（l）═A（l）+H₂O₂（l）△H₂ 
其中A、B为有机物，两反应均为自发反应，则H₂（g）+O₂（g）═H₂O₂（l）的△H=＜0（填“＞”或“=”）
（3）在恒温恒容的密闭容器中，某储氢反应：MH_x（s）+yH₂（g）?MH_x+2y（s）△H＜0达到化学平衡．下列有关叙述正确的是ac
a．容器内气体压强保持不变
b．吸收ymol H₂只需1mol MH_x
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v（放氢）＞v（吸氢）
（4）利用太阳能直接分解水制氢，是最具吸引力的制氢途径，其能量转化形式为将光能转化为化学能．
（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+2OH^-→FeO₄^2-+3H₂↑，装置如图所示，装置通电后，铁电极附近生成紫红色FeO₄^2-，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电解一段时间后，c（OH^-）降低的区域在阳极室（填“阴极室”或“阳极室”）．
②电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因为防止Na₂FeO₄与H₂反应使产率降低．
③c（Na₂FeO₄）随初始c（NaOH）的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c（Na₂FeO₄）低于最高值的原因M点：c（OH^-）低，Na₂FeO₄稳定性差，且反应慢（或N点：c（OH^-）过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使Na₂FeO₄产率降低）．

Answer 1

分析 （1）与汽油相比，氢气作为燃料的优点有污染小、可再生、来源广、资源丰富、燃烧热值高等；碱性氢氧燃料电池的负极反应式为H₂+2OH^--2e^-=2H₂O；
（2）①H₂（g）+A（l）=B（l）△H₁，②O₂（g）+B（l）=A（l）+H₂O₂（l）△H₂，两反应的△S＜0，根据△G=△H-T△S，因为均为两反应自发反应，因此△H均小于0，将①+②得：H₂（g）+O₂（g）=H₂O₂（l）的△H=△H₁+△H₁＜0；
（3）MH_x（s）+yH₂（g）?MH_x+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；b．该反应为可逆反应，不能完全转化，吸收ymol H₂需大于1mol MH_x；c．若降温，平衡正向移动，该反应的平衡常数增大；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，则v（放氢）＜v（吸氢）；
（4）利用太阳能直接分解水制氢，是将光能转化为化学能；
（5）①根据题意镍电极有气泡产生是氢离子放电生成氢气，铁电极发生氧化反应，溶液中的氢氧根离子减少；
②氢气具有还原性，根据题意Na₂FeO₄只在强碱性条件下稳定，易被H₂还原．电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，防止Na₂FeO₄与H₂反应使产率降低；
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．

解答 解：（1）与汽油相比，氢气作为燃料的优点有污染小、可再生、来源广、资源丰富、燃烧热值高等；碱性氢氧燃料电池的负极反应式为H₂+2OH^--2e^-=2H₂O，
故答案为：污染小、可再生、来源广、资源丰富、燃烧热值高；H₂+2OH^--2e^-=2H₂O；
（2）①H₂（g）+A（l）=B（l）△H₁，②O₂（g）+B（l）=A（l）+H₂O₂（l）△H₂，两反应的△S＜0，根据△G=△H-T△S，因为均为两反应自发反应，因此△H均小于0，将①+②得：H₂（g）+O₂（g）=H₂O₂（l）的△H=△H₁+△H₂＜0，
故答案为：＜；
（3）MH_x（s）+yH₂（g）?MH_x+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 MH_x，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，则v（放氢）＜v（吸氢），错误；
故选ac；
（4）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；
（5）①根据题意镍电极有气泡产生是氢离子放电生成氢气，铁电极发生氧化反应，溶液中的氢氧根离子减少，因此电解一段时间后，c（OH^-）降低的区域在阳极室，
故答案为：阳极室；
②氢气具有还原性，根据题意Na₂FeO₄只在强碱性条件下稳定，易被H₂还原．电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，防止Na₂FeO₄与H₂反应使产率降低，
故答案为：防止Na₂FeO₄与H₂反应使产率降低；
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：M点：c（OH^-）低，Na₂FeO₄稳定性差，且反应慢（或N点：c（OH^-）过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使Na₂FeO₄产率降低）．

点评 本题主要考查了化学反应中的能量变化、化学平衡状态的判断、电解原理及其应用的相关知识，题目难度中等．