Question

17．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）氢气是清洁能源，其燃烧产物为水．
（2）NaBH₄是一种重要的储氢载体，能与水反应生成NaBO₂，且反应前后B的化合价不变，该反应的化学方程式为NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑，
反应消耗1molNaBH₄时转移的电子数目为4N_A；
（3）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．
在某温度下，向恒容容器中加入环已烷，其起始浓度为4mol•L^-1，平衡时环已烷的转化率为25%，该反应的平衡常数K=27（mol/L）²
（4）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电源的负极为A（A或B），
导线中电子转移方向为A→D．（用A、D表示）
②生成目标产物环已烷的电极反应式为C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂．
③高分子电解质膜通过n（H⁺）=11.2mol．

Answer 1

分析 （1）依据氢气燃烧生成水解答；
（2）依据NaBH₄是一种重要的储氢载体，能与水反应生成NaBO₂，且反应前后B的化合价不变，可知H元素化合价由-1价、+1价变为0价，再结合转移电子守恒书写化学方程式；
依据方程式及化合价变化计算转移电子数目；
（3）依据平衡产数表达式计算解答；
（4）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是负极、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，电极反应式为：2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂，据此计算转移氢离子的物质的量．

解答 解：（1）氢气燃烧生成水，没有污染；
故答案为：水；
（2）NaBH₄是一种重要的储氢载体，能与水反应生成NaBO₂，且反应前后B的化合价不变，所以NaBH₄与H₂O发生归中反应，生成NaBO₂和氢气，H元素化合价由-1价、+1价变为0价，依据得失电子守恒可知：NaBH₄的系数为1，H₂O的系数为2，依据原子个数守恒，反应方程式：NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑；
反应中NaBH₄中的-1价的氢升高到氢气中的0价，消耗1molNaBH₄，失去4mol电子，转移的电子数目4N_A；
故答案为：NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑；4N_A；
（3）依据转化量等于计量系数之比，列三段：
                         
      起始浓度（mol/L）          4             0           0
       转化浓度（mol/L）         4×25%            4×25%     3×4×25%
      平衡浓度（mol/L）          1                   1           3
反应平衡常数=$\frac{[C{\;}_{6}{H}_{6}][{H}_{2}]^{3}}{[{C}_{6}{H}_{12}]}$=$\frac{1×{3}^{3}}{1}$=27（mol/L）²；
故答案为：27（mol/L）²；
（4）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是负极、B是正极，电子从负极流向阴极即从A→D；
故答案为：A；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阳极上生成氧气，同时生成氢离子电极反应式2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂，生成1mol氧气转移4mol电子，则生成2.8mol氧气，转移11.2mol电子；
故答案为：11.2mol．

点评 本题考查了化学平衡、电解池原理等知识点，熟悉化学平衡常数表达式、电解池工作原理是解题关键，题目难度较大．