题目内容
(14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)氢气是清洁能源,其燃烧产物为__________。
(2)NaBH4是一种重要的储氢载体,能与水反应达到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1mol 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:
。某温度下,向恒容密闭容器中加入环己烷,起始浓度为a mol/L,平衡时苯的浓度为bmol/L,该反应的平衡常数K=_____。
(4)一定条件下,题11图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____________。
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)
(1)水或H2O (2)NaBH4+2H2O=NaBO2+4H2↑;4NA或2.408×1024
(3)
mol3/L3 (4)①A→D ②C6H6+6H++6e-=C6H12 ③64.3%
解析试题分析:(1)氢气的燃烧产物是水。
(2)反应前后B元素的化合价不变,则反应前后B元素的化合价均是+3价,因此反应前NaBH4中氢元素的化合价是-1价。水中氢元素的化合价是+1价,因此反应中还有氢气生成,则反应的化学方程式为NaBH4+2H2O=NaBO2+4H2↑。NaBH4中氢元素的化合价从-1价升高到0价,因此1molNaBH4在反应中失去4mol电子,其数目是4NA或2.408×1024。
(3)平衡时苯的浓度是b mol/L,则根据反应的方程式可知消耗环戊烷的浓度是b mol/L,生成氢气的浓度是3 b mol/L,,平衡时环戊烷的浓度为(a-b)mol/L。由于化学平衡常数是在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值,则该温度下反应的平衡常数为
=
mol3/L3。
(4)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2.8mol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=2.8mol×4=11.2mol。设阴极消耗苯的物质的量是xmol,则同时生成 xmol环戊烷,根据电极反应式C6H6+6H++6e-=C6H12可知得到电子是6xmol,根据电子守恒可知,阴极生成氢气是
=5.6mol-3xmol,所以
=0.1,解得x=1.2,因此储氢装置的电流效率=
×100%=64.3%。
考点:考查氧化还原反应方程式配平和计算、平衡常数计算以及电化学原理的应用与计算
(8分)(1)氢是未来最好的能源选择,制取氢气的成熟的方法有很多,利用甲醇可以与水蒸气反应生成氢气,反应方程式如下:
CH3OH(g) + H2O(g)
CO2(g) + 3H2(g)
H(298K)=+ 49.4 kJ/mol
一定条件下,向容积为2L的恒容密闭容器中充入1 mol CH3OH(g)和3 mol H2O(g),实验测得:达到平衡状态时,吸收热量19.76 kJ。则
①达平衡时混合气体的压强是反应前的 倍。
②该条件下的该反应的平衡常数是 (结果保留两位有效数字)。
③该条件下反应达平衡状态的依据是(填序号) 。
| A.v正(CH3OH)=v正(CO2) | B.混合气体的密度不变 |
| C.c(CH3OH)=c(H2O) | D.混合气体的总物质的量不变 |
(12分)科学家一直致力于“人工固氮”的方法研究。
(1)合成氨的原理为:N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)
H="-92.4" kJ/mol,该反应的能量变化如图所示。![]()
①在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E2的变化是 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
②将0.3 mol N2和0.5 mol H2充入体积不变的密闭容器中,在一定条件下达到平衡,测得容器内气体压强变为原来的
,此时H2的转化率为 (计算出结果);欲提高该容器中H2的转化率,下列措施可行的是 (填选项字母)。
| A.向容器中按原比例再充入原料气 | B.向容器中再充入一定量H2 |
| C.改变反应的催化剂 | D.液化生成物分离出氨 |
2N2(g)+6H2O(1)
又知:H2O(1)=H2O(g)
则2N2(g)+6H2O(g)
硫酸的消费量是衡量一个国家化工生产水平的重要标志。
(1)一定条件下,SO2与空气反应10 min后,SO2和SO3物质的量浓度分别为1.2 mol/L和2.0 mol/L,则SO2起始物质的量浓度为______;生成SO3的化学反应速率为______。
(2)若改变外界条件,发生SO2与空气反应生成SO3,使10 min内的用O2表示的反应速率为0.15mol/(L·min),则改变的条件可能是_______________。
| A.压缩体积,增大压强 | B.降低温度 | C.充入大量的氮气 | D.仅增加SO2的浓度 |