Question

7．20世纪70年代以后，由于对氢能源的研究和开发日趋重要，首先要解决氢气的安全贮存和运输问题，储氢材料和储氢技术是关键技术，是大家关注的热点之一．储氢材料范围由金属扩展至合金甚至有机物领域，根据信息材料请回答以下问题：
（1）金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：
I．2Li+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2LiHⅡ．LiH+H₂O=LiOH+H₂↑
已知LiH固体密度为0.8g/cm³，用锂吸收11.2L（标准状况）H₂，生成的LiH体积与被吸收的H₂体积比为$\frac{1}{1120}$．
（2）NaBH₄（氢元素为-1价）也是一种重要的储氢载体，能与水反应得到NaBO₂，且反应前后B的化合价不变，该反应的化学方程式为NaBH₄+2H₂O═NaBO₂+4H₂↑．
（3）镁铝合金（Mg₁₇Al₁₂）是一种潜在的贮氢材料，可在氩气保护下，将一定化学计量比的Mg、Al单质在一定温度下熔炼获得．该合金在一定条件下完全吸氢的反应方程式为Mg₁₇Al₁₂+17H₂=17MgH₂+12Al．得到的混合物Y（17MgH₂+12Al）在一定条件下释放出氢气．在6.0mol•L^-1HCl溶液中，混合物Y能完全释放出H₂．1mol Mg₁₇Al₁₂完全吸氢后得到的混合物Y与上述盐酸完全反应，释放出H₂的物质的量为52mol．
（4）储氢还可借助有机物，如利用环己烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢：
（g）$?_{高温}^{Pt-Sn/Al_{2}O_{3}}$（g）+3H₂（g）．
在某温度下，向容积为2L的恒容密闭容器中加入环己烷，其起始物质的量为a mol，平衡时体系中压强为P MPa，苯的物质的量为b mol，平衡常数K_p=$\frac{27{b}^{4}{P}^{3}}{（a-b）（a+3b）^{3}}（MPa）^{3}$（用含a、b、P的代数式表示，平衡常数K_p表达式要求带单位；用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）．
（5）一定条件下，如图所示装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其他有机物）．

①导线中电流移动方向为B→E．（用B、E表示）
②生成目标产物的电极反应式为C₆H₆+6H⁺+6e^-═C₆H₁₂．

Answer 1

分析 （1）n（H₂）=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，根据方程式2Li+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2LiH知，0.5mol氢气参加反应生成1molLiH，m（LiH）=1mol×7g/mol=7g，V（LiH）=$\frac{m}{ρ}$；
（2）NaBH₄是一种重要的储氢载体，能与水反应生成NaBO₂，还生成氢气，且反应前后B的化合价不变，可知H元素化合价由-1价、+1价变为0价，再结合转移电子守恒书写化学方程式；
（3）释放出的H₂ 包括Mg₁₇Al₁₂吸收的氢，还包括镁、铝和盐酸反应生成的氢气；
 （4）（g）$?_{高温}^{Pt-Sn/Al_{2}O_{3}}$（g）+3H₂（g）
开始（mol）a                                     0                0
反应（mol）b                                     b               3b
平衡（mol）a-b                                  b               3b
平衡时同一容器中各物质的压强之比等于其物质的量之比，所以环己烷的分压=$\frac{a-b}{a+3b}$PMpa，苯的分压=$\frac{b}{a+3b}$PMpa、氢气的分压=$\frac{3b}{a+3b}$PMpa，化学平衡常数K_p等于生成物浓度压强的幂之积与反应物分压的幂之积的比；
（5）①根据图知，D电极上苯生成环己烷，该电极上得电子发生还原反应，所以D为阴极、E为阳极，所以A是负极、B是正极，导线中电流从正极流向阳极；
②该实验目的是储氢，阴极上苯得电子和氢离子反应生成环己烷而储氢．

解答 解：（1）n（H₂）=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，根据方程式2Li+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2LiH知，0.5mol氢气参加反应生成1molLiH，m（LiH）=1mol×8g/mol=8g，V（LiH）=$\frac{m}{ρ}$=$\frac{8g}{0.8g/mL}$=0.01L，所以LiH与氢气的体积之比=0.01L：11.2L=$\frac{1}{1120}$，
故答案为：$\frac{1}{1120}$；
（2）NaBH₄是一种重要的储氢载体，能与水反应生成NaBO₂，还生成氢气，且反应前后B的化合价不变，所以NaBH₄与H₂O中H元素发生归中反应，H元素化合价由-1价、+1价变为0价，依据得失电子守恒可知：NaBH₄的系数为1，H₂O的系数为2，依据原子个数守恒配平反应方程式：NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑，
故答案为：NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑；
（3）1molMg₁₇Al₁₂完全吸氢17mol，在盐酸中会全部释放出来，镁铝合金中的镁和铝都能与盐酸反应生成H₂，生成氢气的物质的量分别为17mol、18mol，则生成氢气一共（17+17+12×$\frac{3}{2}$）mol=52mol，
故答案为：52mol；
（4）（g）$?_{高温}^{Pt-Sn/Al_{2}O_{3}}$（g）+3H₂（g）
开始（mol）a                                     0                0
反应（mol）b                                     b               3b
平衡（mol）a-b                                  b               3b
平衡时同一容器中各物质的压强之比等于其物质的量之比，所以环己烷的分压=$\frac{a-b}{a+3b}$PMpa，苯的分压=$\frac{b}{a+3b}$PMpa、氢气的分压=$\frac{3b}{a+3b}$PMpa，
化学平衡常数K_p=$\frac{（\frac{b}{a+3b}PMPa）．（\frac{3b}{a+3b}PMPa）^{3}}{\frac{a-b}{a+3b}PMPa}$=$\frac{27{b}^{4}{P}^{3}}{（a-b）（a+3b）^{3}}（MPa）^{3}$，
故答案为：$\frac{27{b}^{4}{P}^{3}}{（a-b）（a+3b）^{3}}（MPa）^{3}$；
（5）①根据图知，D电极上苯生成环己烷，该电极上得电子发生还原反应，所以D为阴极、E为阳极，所以A是负极、B是正极，导线中电流从正极流向阳极，即电流从B流向E，故答案为：B→E；
②该实验目的是储氢，阴极上苯得电子和氢离子反应生成环己烷而储氢，电极反应式为C₆H₆+6H⁺+6e^-═C₆H₁₂，
故答案为：C₆H₆+6H⁺+6e^-═C₆H₁₂．

点评 本题考查较综合，涉及化学平衡计算、电解原理等知识点，侧重考查学生分析计算及知识迁移能力，把握化学反应原理是解本题关键，注意平衡常数K_p表达式的书写，题目难度中等．