Question

10．氫氣是一種理想的“綠色能源”，利用氫能需要選擇合適的儲氫材料．目前正在研究和使用的儲氫材料有鎂系合金、稀土系合金等．
（1）已知：Mg（s）+H₂（g═MgH₂（s）△H=-74.5kJ•mol^-1
Mg₂Ni（s）+2H₂（g═Mg₂NiH₄（s）△H=-64.4kJ•mol^-1
則Mg₂Ni（s）+2MgH₂（s═2Mg（s）+Mg₂NiH₄（s）△H=+84.6kJ•mol^-1
（2）儲氫材料Mg（AlH₄）₂在110～200℃的反應為：Mg（AlH₄）═MgH₂+2Al+3H₂↑．
反應中每轉(zhuǎn)移3mol電子時，產(chǎn)生的H₂在標準狀況下的體積為33.6L．
（3）鑭鎳合金在一定條件下可吸收氫氣形成氫化物：LaNi₅（s）+3H₂（g═LaNi₅H₆（s）△H＜0，欲使LaNi₅H₆（s）釋放出氣態(tài)氫，根據(jù)平衡移動原理，可改變的條件是bc（填字母編號）．
a．增加LaNi₅H₆（s）的量  b．升高溫度    c．減小壓強  d．使用催化劑
（4）儲氫還可借助有機物，如利用環(huán)己烷和苯之間的可逆反應來實現(xiàn)脫氫和加氫：

①某溫度下，向恒容密閉容器中加入環(huán)己烷，起始濃度為a mol•L^-1，平衡時苯的濃度為b mol•L^-1，該反應的平衡常數(shù)K==$\frac{27^{4}}{a-b}$mol³•L^-3（用含a、b的代數(shù)式表示）．
②一定條件下，下圖裝置可實現(xiàn)有機物的電化學儲氫（忽略其它有機物）．A是電源的負（填“正”或“負”）極；電解過程中產(chǎn)生的氣體F為O₂（填化學式），電極D上發(fā)生的電極反應為C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)給出的熱化學方程式利用蓋斯定律計算反應熱；
（2）根據(jù)化學方程式Mg（AlH₄）₂═MgH₂+2Al+3H₂↑計算；
（3）根據(jù)LaNi₅（s）+3H₂（g）?LaNi₅H₆（s）△H＜0，欲使LaNi₅H₆ （s）釋放出氣態(tài)氫，則平衡向逆向移動，據(jù)此分析；
（4）①依據(jù)平衡常數(shù)表達式解答；
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．

解答 解：（1）①Mg（s）+H₂（g）═MgH₂（s）△H₁=-74.5kJ•mol^-1
②Mg₂Ni（s）+2H₂（g）═Mg₂NiH₄（s）△H₂=-64.4kJ•mol^-1
Mg₂Ni（s）+2MgH₂（s）═2Mg（s）+Mg₂NiH₄（s）△H₃
由蓋斯定律②-2×①得到Mg₂Ni（s）+2MgH₂（g）═2Mg（s）+Mg₂NiH₄（s）△H₃ =-64.4KJ/mol-2×（-74.5KJ/mol）=+84.6KJ/mol，則△H₃=+84.6KJ/mol，
故答案為：+84.6；
（2）儲氫材料Mg（AlH₄）₂在110℃-200℃的反應為：Mg（AlH₄）₂=MgH₂+2Al+3H₂↑，從方程式可知反應中每轉(zhuǎn)移6mol電子時生成3mol，所以反應中每轉(zhuǎn)移3mol電子時產(chǎn)生的H₂的物質(zhì)的量為1.5，生成氫氣33.6L；
故答案為：33.6；
（3）欲使LaNi₅H₆ （s）釋放出氣態(tài)氫，則平衡向逆向移動，由LaNi₅（s）+3H₂（g）?LaNi₅H₆（s）△H＜0為氣體減小的放熱反應，所以可以升高溫度或降低壓強，平衡向逆向移動；
故答案為：bc；
（4）①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=$\frac{C（C{\;}_{6}H{\;}_{6}）C{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}{C（C{\;}_{6}H{\;}_{12}）}$=$\frac{27^{4}}{a-b}$ mol³•L^-3；
故答案為：$\frac{27^{4}}{a-b}$ mol³•L^-3；
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，電解池陰極與電源負極相連，得出電解過程中產(chǎn)生的氣體F為O₂，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：負； O₂；C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂．

點評 本題考查了蓋斯定律的應用、化學平衡的移動、平衡常數(shù)的計算及其電解池原理等知識點，題目難度較大，注意對相關(guān)知識的理解．