Question

20．氢气将会成为21世纪最理想的能源．
（1）目前常用甲烷与水蒸汽反应制得CO和H₂，每获得168L H₂（已折算成标准状况）需消耗540KJ热量，写出该反应的热化学方程式$\frac{5}{2}$CH₄（g）+$\frac{5}{2}$H₂O（g）?$\frac{5}{2}$CO（g）+$\frac{15}{2}$H₂（g）△H=+540KJ•mol^-1．
（2）化合物A是一种储氢容量高、安全性好的固体储氢材料，其储氢原理可表示为：
A（s）+H₂（g） $?_{释氢}^{贮氢}$ B（s）+LiH（s）△H=-44.5kJ•mol^-1…①
已知：NH₃（l）?NH₂^-+H⁺
①写出液氨与金属锂反应生成B和氢气的化学方程式2Li+2NH₃=2LiNH₂+H₂↑．
②一定条件下，2.30g固体B与5.35gNH₄Cl固体恰好完全反应，生成固体盐C和能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体D，气体D的体积4.48 L（折算成标准状况）．
③A的化学式为Li₂NH，LiH中r（Li⁺）小于r（H^-）（填“大于”或“小于”）．
④B在加强热时生成NH₃和另一种化合物E，该分解反应的化学方程式为3LiNH₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Li₃N+2NH₃．
（3）化合物E也可以作储氢材料，其储氢原理可表示为：
E（s）+H₂（g） $?_{释氢}^{贮氢}$ A（s）+LiH（s）△H=-165kJ•mol^-1…②
储氢材料可以通过加热的方式释放氢气．从实用化角度考虑，选择A或E作储氢材料哪个更合理？理由是E，E的储氢量要比A多．

Answer 1

分析 （1）甲烷与水蒸汽反应制得CO和H₂，每获得168L即7.5mol H₂（已折算成标准状况）需消耗540KJ热量，根据热化学方程式系数的意义来回答；
（2）①B是LiNH₂，液氨与金属锂反应生成氢气和LiNH₂；
②在一定条件下，2.30g固体B：LiNH₂与5.35gNH₄Cl固体恰好完全反应，生成固体C和气体D，气体D能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色，可推知D为NH₃，NH₄Cl的摩尔质量为53.5g/mol，5.35gNH₄Cl为0.1mol，B：LiNH₂含Li，则固体B与NH₄Cl固体反应可表为：LiNH₂+NH₄Cl→LiCl+NH₃，2.30g固体B：LiNH₂物质的量是0.1mol，根据Cl原子守恒，LiCl的物质的量=0.1mol，再根据质量守恒和原子守恒计算；
③B是LiNH₂，根据A（s）+H₂（g）$?_{释氢}^{储氢}$B（s）+LiH（s），利用元素守恒可知A的化学式，离子半径大小，Li⁺，H^-，电子层数相同，核电荷数越大半径越小；
④B是LiNH₂，根据元素守恒可知，B在加强热时发生分解反应，生成NH₃和另一种化合物E为Li₃N，据此书写化学方程式；
（3）根据A和E储氢量的多少选择储氢材料．

解答 解：（1）每获得168L H₂（已折算成标准状况）需消耗540KJ热量，即每获得$\frac{168L}{22.4L/mol}$=$\frac{15}{2}$mol H₂（已折算成标准状况）需消耗540KJ热量，故该反应的热化学方程式为$\frac{5}{2}$CH₄（g）+$\frac{5}{2}$H₂O（g）?$\frac{5}{2}$CO（g）+$\frac{15}{2}$H₂（g）△H=+540KJ•mol^-1，
故答案为：$\frac{5}{2}$CH₄（g）+$\frac{5}{2}$H₂O（g）?$\frac{5}{2}$CO（g）+$\frac{15}{2}$H₂（g）△H=+540KJ•mol^-1；
（2）①B是LiNH₂，液氨与金属锂反应生成氢气和LiNH₂，反应的方程式为2Li+2NH₃=2LiNH₂+H₂↑，
故答案为：2Li+2NH₃=2LiNH₂+H₂↑；
②在一定条件下，2.30g固体B：LiNH₂与5.35gNH₄Cl固体恰好完全反应，生成固体C和气体D，气体D能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色，可推知D为NH₃，NH₄Cl的摩尔质量为53.5g/mol，5.35gNH₄Cl为0.1mol，B：LiNH₂含Li，则固体B与NH₄Cl固体反应可表为：LiNH₂+NH₄Cl→LiCl+NH₃，2.30g固体B：LiNH₂物质的量是0.1mol，根据Cl原子守恒，LiCl的物质的量=0.1mol，再根据质量守恒和原子守恒（原子的种类和数目反应前后相同），则2.3gB中含有N原子为0.1mol，35gNH₄Cl为0.1mol，含有N原子为0.1mol，根据氮元素守恒，所以产生氨气是0.2mol，体积是0.2mol×22.4L/mol=4.48L，
故答案为：4.48；
③B是LiNH₂，根据A（s）+H₂（g）$?_{释氢}^{储氢}$B（s）+LiH（s），利用元素守恒可知A的化学式为Li₂NH，离子半径大小，Li⁺，H^-，电子层数相同，核电荷数越大半径越小，LiH中r（Li⁺）小于r（H^-），
故答案为：Li₂NH；小于；
④推知B是LiNH₂，根据元素守恒可知，B在加强热时发生分解反应，生成NH₃和另一种化合物E为Li₃N，反应的化学方程式为3LiNH₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Li₃N+2NH₃，
故答案为：3LiNH₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Li₃N+2NH₃．
（3）根据A的化学式为Li₂NH，E为Li₃N可知，E的储氢量要比A多，所以选择选择储氢材料E比较合理，
故答案为：E，E的储氢量要比A多．

点评 本题考查无机物推断，侧重考查学生对知识的迁移应用与综合分析解决问题能力，对学生的逻辑推理有较高的要求，把握A中含Li元素，B物质化学式的推断是解题关键，难度较大．