Question

9．氫能是重要的新能源，儲(chǔ)氫作為氫能利用的關(guān)鍵技術(shù)，是當(dāng)前關(guān)注的熱點(diǎn)之一．
（1）氫氣作為能源最大的優(yōu)點(diǎn)是燃燒產(chǎn)物是水，無(wú)污染．請(qǐng)你再列舉一條氫氣作為能源的優(yōu)點(diǎn)：原料來(lái)源廣、熱值高等．
（2）LiAlH₄是一種重要的儲(chǔ)氫載體，能與水反應(yīng)得到LiAlO₂和氫氣，該反應(yīng)消耗1molLiAlH₄時(shí)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為4N_A或2.408×10²⁴．
（3）氮化鋰（Li₃N）是非常有前途的儲(chǔ)氫材料，其在氫氣中加熱時(shí)可得到氨基鋰（LiNH₂），其反應(yīng)的化學(xué)方程式為L(zhǎng)i₃N+2H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$LiNH₂+2LiH，氧化產(chǎn)物為L(zhǎng)iNH₂（填化學(xué)式）．在270℃時(shí)，該反應(yīng)可逆向發(fā)生放出H₂，因而氨化鋰可作為儲(chǔ)氫材料，儲(chǔ)存氫氣最多可達(dá)Li₃N質(zhì)量的11.4%（精確到0.1）
（4）儲(chǔ)氫還可借助有機(jī)物，如利用環(huán)己烷和苯之間的可逆反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)脫氫和加氫：
（g）$\stackrel{催化劑}{?}$（g）+3H₂（g）△H
在某溫度下，向恒容密閉容器中加入環(huán)己烷，其起始濃度為a mol•L^-1，平衡時(shí)苯的濃度為b mol•L^-1，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{27^{4}}{a-b}$mol³•L^-3．
（5）一定條件下，如圖所示裝置可實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的電化學(xué)儲(chǔ)氫（忽略其他有機(jī)物）．
①導(dǎo)線中電子移動(dòng)方向?yàn)锳→D（用A、D表示）
②生成目標(biāo)產(chǎn)物的電極反應(yīng)式為C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂．
③該儲(chǔ)氫裝置的電流效率η=64.3%．（η=$\frac{生成目標(biāo)產(chǎn)物消耗的電子數(shù)}{轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)}$×100%，計(jì)算結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后1位） 

Answer 1

分析 （1）氫氣來(lái)源于水，氫氣燃燒放出大量的熱；
（2）LiAlH₄與水反應(yīng)得到LiAlO₂和氫氣，只有H元素的化合價(jià)變化，反應(yīng)消耗1molLiAlH₄時(shí)，4molH失去電子；
（3）Li₂N+2H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$LiNH₂+2LiH中，氫氣化合價(jià)由0變成+1價(jià)，由0降低為-1價(jià)；結(jié)合反應(yīng)可知Li₃N～2H₂，以此計(jì)算，
（4）化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（{C}_{6}{H}_{6}）{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（{C}_{6}H12）}$；
（5）①根據(jù)圖知，苯中的碳得電子生成環(huán)己烷，則D作陰極，E作陽(yáng)極，所以A是分解、B是正極，電子從負(fù)極流向陰極；
②該實(shí)驗(yàn)的目的是儲(chǔ)氫，所以陰極上發(fā)生的反應(yīng)為生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物，陰極上苯得電子和氫離子生成環(huán)己烷；
③陽(yáng)極上生成氧氣，同時(shí)生成氫離子，陰極上苯得電子和氫離子反應(yīng)生成環(huán)己烷，苯參加反應(yīng)需要電子的物質(zhì)的量與總轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量之比就是電流效率η．

解答 解：（1）氫氣來(lái)源于水，氫氣燃燒放出大量的熱，則氫氣作為能源的優(yōu)點(diǎn)為原料來(lái)源廣、熱值高等，故答案為：原料來(lái)源廣、熱值高等；
（2）LiAlH₄與水反應(yīng)得到LiAlO₂和氫氣，只有H元素的化合價(jià)變化，反應(yīng)消耗1molLiAlH₄時(shí)，4molH失去電子，則轉(zhuǎn)移電子為4N_A或2.408×10²⁴個(gè)，
故答案為：4N_A或2.408×10²⁴；
（3）反應(yīng)Li₃N+2H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$LiNH₂+2LiH中，鋰元素、N元素化合價(jià)不變，氫元素化合價(jià)由0變成+1價(jià)的LiNH₂，化合價(jià)升高被氧化，所以氧化產(chǎn)物為L(zhǎng)iNH₂；
該反應(yīng)中，Li₃N～2H₂，所以儲(chǔ)存氫氣最多可達(dá)Li₃N質(zhì)量的：$\frac{4}{35}$×100%≈11.4%，
故答案為：LiNH₂；11.4；
（4）環(huán)己烷的起始濃度為amol•L^-1，平衡時(shí)苯的濃度為bmol•L^-1，同一容器中各物質(zhì)反應(yīng)的物質(zhì)的量濃度之比等于其計(jì)量數(shù)之比，所以根據(jù)方程式知，環(huán)己烷的平衡濃度為（a-b）mol/L，氫氣的濃度為3bmol/L，則平衡常數(shù)K=$\frac{c（{C}_{6}{H}_{6}）{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（{C}_{6}H12）}$mol³•L^-3=$\frac{b×（3b）^{3}}{（a-b）}$=$\frac{27^{4}}{a-b}$mol³•L^-3，
故答案為：$\frac{27^{4}}{a-b}$mol³•L^-3；
（5）①根據(jù)圖知，苯中的碳得電子生成環(huán)己烷，則D作陰極，E作陽(yáng)極，所以A是分解、B是正極，電子從負(fù)極流向陰極，所以電子從A流向D，故答案為：A→D；
②該實(shí)驗(yàn)的目的是儲(chǔ)氫，所以陰極上發(fā)生的反應(yīng)為生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物，陰極上苯得電子和氫離子生成環(huán)己烷，電極反應(yīng)式為C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂，故答案為：C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂；
③陽(yáng)極上氫氧根離子放電生成氧氣，陽(yáng)極上生成2.8mol氧氣轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=2.8mol×4=11.2mol，
生成1mol氧氣時(shí)生成2mol氫氣，則生成2.8mol氧氣時(shí)同時(shí)生成5.6mol氫氣，
設(shè)參加反應(yīng)的苯的物質(zhì)的量是xmol，參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量是3xmol，剩余苯的物質(zhì)的量為10mol×24%-xmol，反應(yīng)后苯的含量=$\frac{10mol×24%-x}{10mol-3xmol+5.6mol}$=10%，
x=1.2，苯轉(zhuǎn)化為環(huán)己烷轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1.2mol×6=7.2mol，則$\frac{7.2mol}{11.2mol}$×100%=64.3%，故答案為：64.3%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較綜合，涉及氧化還原反應(yīng)的計(jì)算、化學(xué)平衡計(jì)算、電化學(xué)原理等，把握化學(xué)反應(yīng)原理為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析、應(yīng)用能力的考查，題目難度中等．