Question

【題目】氫氣是一種清潔能源。制氫和儲氫作為氫能利用的關鍵技術，是當前科學家主要關注的熱點問題。

（1）已知； (g)+H2(g)→(g) H＝－119.6kJ/mol

(g)+2H2(g)→(g) H＝－237.1kJ/mol

(g)+3H2(g)→(g) H＝－208.4kJ/mol

請求出(g)＋H2(g)→(g) H＝________kJ/mol

（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)(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＝_______（用含a、b的關系式表達）。

（3）一定條件下，如下圖所示裝置可實現(xiàn)有機物的電化學儲氫（除目標產(chǎn)物外，近似認為無其它有機物生成）。

①實現(xiàn)有機物儲氫的電極是__________；A 正極 B 負極 C 陰極 D 陽極

其電極反應方程為：___________。

②實驗研究表明，當外加電壓超過一定值以后，發(fā)現(xiàn)電極D產(chǎn)物中苯（g）的體積分數(shù)隨著電壓的增大而減小，其主要原因是相關電極除目標產(chǎn)物外，還有一種單質氣體生成，這種氣體是__________。已知單質氣體為2 mol，求此裝置的電流效率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]。

Answer 1

【答案】-117.5 27b4/a-b C C6H6+6H++6e- =C6H12 H2 64.3%

【解析】

(1)根據(jù)已知焓變的熱化學方程式推導所求反應，再由蓋斯定律計算所求反應的焓變；

(2)根據(jù)方程式計算各組分的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達式計算；

(3)①活潑的氫發(fā)生氧化反應，是負極，與負極相連的是陰極，

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；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。

(1)已知：①(g)+H2(g)→(g) H1＝－119.6kJ/mol

②(g)+2H2(g)→(g) H2＝－237.1kJ/mol

③(g)+3H2(g)→(g) H3＝－208.4kJ/mol

所求反應為：(g)＋H2(g)→(g)，該反應可由②①得到，根據(jù)蓋斯定律，該反應的焓變?yōu)?/span>H＝H2H1＝117.5kJ/mol，故答案為：117.5；

(2)由(g)(g)+3H2(g)，環(huán)已烷起始濃度為a mol·L－1，平衡時苯的濃度為b mol·L－1，則平衡時c(環(huán)己烷)=(ab)mol/L，c(H2)=3bmol/L，所以K＝＝＝，故答案為：；

(3)①活潑的氫發(fā)生氧化反應，是負極，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：C；C6H6+6H++6e- =C6H12；

②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＝＝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，則×100%＝64.3%，故答案為：H2；64.3%。