Question

（14分）氫能是重要的新能源。儲氫作為氫能利用的關鍵技術，是當前關注的熱點之一。
（1）氫氣是清潔能源，其燃燒產物為__________。
（2）NaBH₄是一種重要的儲氫載體，能與水反應達到NaBO₂，且反應前后B的化合價不變，該反應的化學方程式為___________，反應消耗1mol NaBH₄時轉移的電子數目為__________。
（3）儲氫還可借助有機物，如利用環己烷和苯之間的可逆反應來實現脫氫和加氫：。某溫度下，向恒容密閉容器中加入環己烷，起始濃度為a mol/L，平衡時苯的濃度為bmol/L，該反應的平衡常數K＝_____。
（4）一定條件下，題11圖示裝置可實現有機物的電化學儲氫（忽略其它有機物）。

①導線中電子移動方向為____________。
②生成目標產物的電極反應式為_________。
③該儲氫裝置的電流效率＝_____（＝×100%，計算結果保留小數點后1位）

Answer 1

（1）水或H₂O （2）NaBH₄＋2H₂O=NaBO₂＋4H₂↑；4N_A或2.408×10²⁴
（3） mol³/L³ （4）①A→D  ②C₆H₆＋6H^＋＋6e^－＝C₆H₁₂ ③64.3%

解析試題分析：（1）氫氣的燃燒產物是水。
（2）反應前后B元素的化合價不變，則反應前后B元素的化合價均是＋3價，因此反應前NaBH₄中氫元素的化合價是－1價。水中氫元素的化合價是＋1價，因此反應中還有氫氣生成，則反應的化學方程式為NaBH₄＋2H₂O=NaBO₂＋4H₂↑。NaBH₄中氫元素的化合價從－1價升高到0價，因此1molNaBH₄在反應中失去4mol電子，其數目是4N_A或2.408×10²⁴。
（3）平衡時苯的濃度是b mol/L，則根據反應的方程式可知消耗環戊烷的濃度是b mol/L，生成氫氣的濃度是3 b mol/L，，平衡時環戊烷的濃度為（a－b）mol/L。由于化學平衡常數是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，則該溫度下反應的平衡常數為＝mol³/L³。
（4）①苯生成環戊烷屬于得氫反應，因此是還原反應，即電極D是陰極，電極E是陽極，因此導線中電子的流動方向是A→D。
②苯得到電子生成環戊烷是目標產物，由于存在質子交換膜，所以氫離子向陰極移動，則電極反應式為C₆H₆＋6H^＋＋6e^－＝C₆H₁₂。
③陽極生成2.8mol氣體，該氣體應該是陽極OH^－放電生成的氧氣，則轉移電子的物質的量＝2.8mol×4＝11.2mol。設陰極消耗苯的物質的量是xmol，則同時生成 xmol環戊烷，根據電極反應式C₆H₆＋6H^＋＋6e^－＝C₆H₁₂可知得到電子是6xmol，根據電子守恒可知，陰極生成氫氣是＝5.6mol－3xmol，所以 ＝0.1，解得x＝1.2，因此儲氫裝置的電流效率＝×100%＝64.3%。
考點：考查氧化還原反應方程式配平和計算、平衡常數計算以及電化學原理的應用與計算