Question

氫能是最重要的新能源．儲氫作為氫能利用的關鍵技術，是當前關注的熱點之一．
（1）NaBH₄是一種重要的儲氫載體，能與水反應生成NaBO₃，且反應前后B的化合價不變，該反應的化學方程式為

 

，消耗1molNaBH₄時轉移電子數(shù)為

 

．
（2）儲氫還可借助有機物，如利用環(huán)已烷和苯之間的可逆反應來實現(xiàn)脫氫和加氫．
（g）

FeSO4/Al2O3

高溫

（g）+3H₂（g）
在某溫度下，向恒容容器中加入環(huán)已烷，其起始濃度為amol?L^-1，平衡時苯的濃度為bmol?L^-1，該反應的平衡常數(shù)K=

 

（3）一定條件下，如圖所示裝置可實現(xiàn)有機物的電化學儲氫（忽略其它有機物）．

①導線中電子轉移方向為

 

．（用A→D或D→A表示）
②生成目標產(chǎn)物的電極反應式為

 

．
③該儲氫裝置的電流效率η=

 

．（η=生成目標產(chǎn)物消耗的電子數(shù)/轉移的電子總數(shù)×100%，計算結果保留小數(shù)點后1位；提示：D電極除生成目標產(chǎn)物外還有H₂產(chǎn)生）

Answer 1

考點：化學電源新型電池

專題：電化學專題

分析：（1）NaBH₄與水反應生成NaBO₂，且反應前后B的化合價不變，H元素化合價由-1價、+1價變?yōu)?價，再結合轉移電子守恒配平方程式，根據(jù)NaBH₄和轉移電子之間的關系式計算；
（2）化學平衡常數(shù)K=

c(C6H6)?c3(H2)

c((C6H12)

；
（3）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作陽極，所以A是分解、B是正極，電子從負極流向陰極；
②該實驗的目的是儲氫，所以陰極上發(fā)生的反應為生產(chǎn)目標產(chǎn)物，陰極上苯得電子和氫離子生成環(huán)己烷；
③陽極上生成氧氣，同時生成氫離子，陰極上苯得電子和氫離子反應生成環(huán)己烷，苯參加反應需要電子的物質(zhì)的量與總轉移電子的物質(zhì)的量之比就是電流效率η．

解答： 解：（1）NaBH₄與水反應生成NaBO₂，且反應前后B的化合價不變，NaBO₂中B元素化合價為+3價，所以NaBH₄中H元素的化合價為-1價，所以H元素化合價由-1價、+1價變?yōu)?價，再結合轉移電子守恒配平方程式為NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑，反應消耗1mol NaBH₄時轉移的物質(zhì)的量=1mol×4×（1-0）=4mol，所以轉移電子數(shù)為4N_A或2.408×10²⁴，故答案為：NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑；4N_A或2.408×10²⁴；
（2）環(huán)己烷的起始濃度為amol?L^-1，平衡時苯的濃度為bmol?L^-1，同一容器中各物質(zhì)反應的物質(zhì)的量濃度之比等于其計量數(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=

c(C6H6)?c3(H2)

c((C6H12)

mol³?L^-3=

b×(3b)3

(a-b)

=

27b4

a-b

mol³?L^-3，
故答案為：=

27b4

a-b

mol³?L^-3；
（3）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作陽極，所以A是分解、B是正極，電子從負極流向陰極，所以電子從A流向D，故答案為：A→D；
②該實驗的目的是儲氫，所以陰極上發(fā)生的反應為生產(chǎn)目標產(chǎn)物，陰極上苯得電子和氫離子生成環(huán)己烷，電極反應式為C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂，故答案為：C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂；
③陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，陽極上生成2.8mol氧氣轉移電子的物質(zhì)的量=2.8mol×4=11.2mol，
生成1mol氧氣時生成2mol氫氣，則生成2.8mol氧氣時同時生成5.6mol氫氣，
設參加反應的苯的物質(zhì)的量是xmol，參加反應的氫氣的物質(zhì)的量是3xmol，剩余苯的物質(zhì)的量為10mol×24%-xmol，反應后苯的含量=

10mol×24%-X

10mol-3Xmol+5.6mol

=10%，
x=1.2，苯轉化為環(huán)己烷轉移電子的物質(zhì)的量為1.2mol×6=7.2mol，則

7.2mol

11.2mol

×100%=64.3%，
故答案為：64.3%．

點評：本題考查了化學平衡、電解池原理等知識點，根據(jù)化學平衡常數(shù)表達式、電解原理等知識點來分析解答，難點是（3）③，注意：10mol×（24%-10%）不是參加反應的苯的物質(zhì)的量，為易錯點．