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NaBO₂，且反應前后B的化合價不變，該反應的化學方程式為

 

．
（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．
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表示）
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η=

 

．（η=生成目標產物消耗的電子數(shù)/轉移的電子總數(shù)×100%，計算結果保留小數(shù)點后1位．）

Answer 1

考點：電解原理,化學方程式的書寫,化學平衡常數(shù)的含義

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，結合轉移電子守恒配平方程式；
（2）依據(jù)化學平衡常數(shù)=生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積比值計算；
（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是負極、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)生的反應為生產目標產物，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的量與總轉移電子的物質的量之比就是電流效率η．

解答： 解：（1）NaBH₄與水發(fā)生氧化還原反應生成NaBO₂和H₂，化學方程式為：NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑；
故答案為：NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑；
（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，同一容器中各物質反應的物質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，K=

[C6H6][H2]3

[C6H12]

=

b×(3b)3

a-b

=

27b4

a-b

（mol/L）³；
故答案為

27b4

a-b

（mol/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)生的反應為生產目標產物，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的量是xmol，參加反應的氫氣的物質的量是3xmol，剩余苯的物質的量為10mol×24%-xmol，反應后苯的含量=

10mol×24%-x

10mol-3xmol+5.6mol

×100%=10%；
x=1.2，苯轉化為環(huán)己烷轉移電子的物質的量為1.2mol×6=7.2mol，

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，熟悉化學平衡常數(shù)表達式、電解池工作原理是解題關鍵，題目難度較大．