Question

氢能是最重要的新能源．储氢作为氢能利用的关键技术，是当前关注的热点之一．
（1）NaBH₄是一种重要的储氢载体，能与水反应生成NaBO₃，且反应前后B的化合价不变，该反应的化学方程式为

 

，消耗1molNaBH₄时转移电子数为

 

．
（2）储氢还可借助有机物，如利用环已烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢．
（g）

FeSO4/Al2O3

高温

（g）+3H₂（g）
在某温度下，向恒容容器中加入环已烷，其起始浓度为amol?L^-1，平衡时苯的浓度为bmol?L^-1，该反应的平衡常数K=

 

（3）一定条件下，如图所示装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其它有机物）．

①导线中电子转移方向为

 

．（用A→D或D→A表示）
②生成目标产物的电极反应式为

 

．
③该储氢装置的电流效率η=

 

．（η=生成目标产物消耗的电子数/转移的电子总数×100%，计算结果保留小数点后1位；提示：D电极除生成目标产物外还有H₂产生）

Answer 1

考点：化学电源新型电池

专题：电化学专题

分析：（1）NaBH₄与水反应生成NaBO₂，且反应前后B的化合价不变，H元素化合价由-1价、+1价变为0价，再结合转移电子守恒配平方程式，根据NaBH₄和转移电子之间的关系式计算；
（2）化学平衡常数K=

c(C6H6)?c3(H2)

c((C6H12)

；
（3）①根据图知，苯中的碳得电子生成环己烷，则D作阴极，E作阳极，所以A是分解、B是正极，电子从负极流向阴极；
②该实验的目的是储氢，所以阴极上发生的反应为生产目标产物，阴极上苯得电子和氢离子生成环己烷；
③阳极上生成氧气，同时生成氢离子，阴极上苯得电子和氢离子反应生成环己烷，苯参加反应需要电子的物质的量与总转移电子的物质的量之比就是电流效率η．

解答： 解：（1）NaBH₄与水反应生成NaBO₂，且反应前后B的化合价不变，NaBO₂中B元素化合价为+3价，所以NaBH₄中H元素的化合价为-1价，所以H元素化合价由-1价、+1价变为0价，再结合转移电子守恒配平方程式为NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑，反应消耗1mol NaBH₄时转移的物质的量=1mol×4×（1-0）=4mol，所以转移电子数为4N_A或2.408×10²⁴，故答案为：NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑；4N_A或2.408×10²⁴；
（2）环己烷的起始浓度为amol?L^-1，平衡时苯的浓度为bmol?L^-1，同一容器中各物质反应的物质的量浓度之比等于其计量数之比，所以根据方程式知，环己烷的平衡浓度为（a-b）mol/L，氢气的浓度为3bmol/L，则平衡常数K=

c(C6H6)?c3(H2)

c((C6H12)

mol³?L^-3=

b×(3b)3

(a-b)

=

27b4

a-b

mol³?L^-3，
故答案为：=

27b4

a-b

mol³?L^-3；
（3）①根据图知，苯中的碳得电子生成环己烷，则D作阴极，E作阳极，所以A是分解、B是正极，电子从负极流向阴极，所以电子从A流向D，故答案为：A→D；
②该实验的目的是储氢，所以阴极上发生的反应为生产目标产物，阴极上苯得电子和氢离子生成环己烷，电极反应式为C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂，故答案为：C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂；
③阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阳极上生成2.8mol氧气转移电子的物质的量=2.8mol×4=11.2mol，
生成1mol氧气时生成2mol氢气，则生成2.8mol氧气时同时生成5.6mol氢气，
设参加反应的苯的物质的量是xmol，参加反应的氢气的物质的量是3xmol，剩余苯的物质的量为10mol×24%-xmol，反应后苯的含量=

10mol×24%-X

10mol-3Xmol+5.6mol

=10%，
x=1.2，苯转化为环己烷转移电子的物质的量为1.2mol×6=7.2mol，则

7.2mol

11.2mol

×100%=64.3%，
故答案为：64.3%．

点评：本题考查了化学平衡、电解池原理等知识点，根据化学平衡常数表达式、电解原理等知识点来分析解答，难点是（3）③，注意：10mol×（24%-10%）不是参加反应的苯的物质的量，为易错点．