Question

【題目】氫能是發(fā)展中的新能源，它的利用包括氫的制備、儲(chǔ)存和應(yīng)用三個(gè)環(huán)節(jié)。回答下列問題：

（1）已知?dú)錃庠谘鯕庵腥紵�生�?.6g液態(tài)水放熱57.16kJ的熱量，請(qǐng)寫出表示氫氣燃燒熱的熱化學(xué)方程式___________________________；若斷開H2(g)中1molH-H需要吸收436kJ的能量，生成H2O(g)中的1mol H-O鍵放出463 kJ的能量，18g液態(tài)水轉(zhuǎn)化為水蒸氣需要吸收44 kJ的能量，則斷開1molO2中的共價(jià)鍵需要吸收___________kJ的能量。

（2）氫氣直接燃燒的能量轉(zhuǎn)換率遠(yuǎn)低于燃料電池，寫出堿性氫氧燃料電池的正極反應(yīng)式：___

（3）利用太陽能直接分解水制氫，是最具吸引力的制氫途徑，其能量轉(zhuǎn)化形式為_______

（4）在恒溫恒容的密閉容器中，某儲(chǔ)氫反應(yīng)：MHx(s)+yH2(g)MHx+2y(s) ΔH<0達(dá)到化學(xué)平衡。下列有關(guān)敘述正確的是________

a．容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)保持不變

b. 1 mol MHx能夠吸收ymol H2

c．若降溫，該反應(yīng)的平衡常數(shù)增大

d．若向容器內(nèi)通入少量氫氣，則c(H2)增大

（5）化工生產(chǎn)的副產(chǎn)氫也是氫氣的來源。電解法制取有廣泛用途的Na2FeO4，同時(shí)獲得氫氣：Fe+2H2O+2OHFeO42+3H2↑，工作原理如圖1所示。裝置通電后，鐵電極附近生成紫紅色的FeO42，鎳電極有氣泡產(chǎn)生。若氫氧化鈉溶液濃度過高，鐵電極區(qū)會(huì)產(chǎn)生紅褐色物質(zhì)。已知：Na2FeO4只在強(qiáng)堿性條件下穩(wěn)定，易被H2還原。

①請(qǐng)寫出陽極電極反應(yīng)式________________________

②電解過程中，須將陰極產(chǎn)生的氣體及時(shí)排出，其原因是______________________

③c( Na2FeO4)隨初始c(NaOH)的變化如圖2，請(qǐng)分析在實(shí)驗(yàn)中控制NaOH濃度為14mol/L的原因：______________。

Answer 1

【答案】 H2(g) +1/2O2(g)=H2O(l) ,ΔH=-285.8kJ．mol-1 496.4 O2 +2H2O +4e-=4OH- 太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 ac Fe+8 OH- -6e-=FeO42- +4H2O 防止Na2FeO4被H2還原 低于14mol/LNa2FeO4不穩(wěn)定，高于14mol/LNa2FeO4轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3

【解析】(1)氫氣在氧氣中燃燒生成3.6g液態(tài)水放熱57.16kJ的熱量，則生成18g液態(tài)水放熱57.16kJ×=285.8kJ的熱量，表示氫氣燃燒熱的熱化學(xué)方程式為H2(g) +1/2O2(g)=H2O(l) ΔH=-285.8kJ·mol-1；則H2(g) +1/2O2(g)=H2O(g) ΔH=-241.8kJ·mol-1焓變△H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能=436kJ·mol-1+E(O2)-463 kJ·mol-1×2=-241.8kJ·mol-1，解得E(O2)=496.4 kJ·mol-1，故答案為：H2(g) +1/2O2(g)=H2O(l) ,ΔH=-285.8kJ·mol-1；496.4；

(2)堿性氫氧燃料電池的正極上氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O2 +2H2O +4e-=4OH-，故答案為：O2 +2H2O +4e-=4OH-；

(3)利用太陽能直接分解水制氫，是將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，故答案為：將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；

(4)MHx(s)+yH2(g)MHx+2y(s)△H＜0，該反應(yīng)屬于氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化的反應(yīng)，a．平衡時(shí)氣體的物質(zhì)的量不變，容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)保持不變，正確；b．該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，不能完全轉(zhuǎn)化，吸收ymol H2需大于1mol MHx，錯(cuò)誤；c．若降溫，平衡正向移動(dòng)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)增大，正確；d．若向容器內(nèi)通入少量氫氣，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，但溫度不變，平衡常數(shù)不變，c(H2)不變，錯(cuò)誤；故答案為：ac；

(5)①陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，鐵失電子生成高鐵酸根離子，電極反應(yīng)式為：Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O，故答案為：Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O；

②電解過程中，陰極產(chǎn)生的氣體為氫氣，具有還原性，能夠?qū)?/span>Na2FeO4還原，因此電解過程中，須將陰極產(chǎn)生的氣體及時(shí)排出，故答案為：防止Na2FeO4被H2還原；

③根據(jù)題意Na2FeO4只在強(qiáng)堿性條件下穩(wěn)定，在M點(diǎn)，c(OH-)低，Na2FeO4穩(wěn)定性差，且反應(yīng)慢，在N點(diǎn)：c(OH-)過高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na2FeO4產(chǎn)率降低，故答案為：低于14mol/LNa2FeO4不穩(wěn)定，高于14mol/LNa2FeO4轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3。